Kā inženieris jūs zināt, ka katrs iespaidīgais tehnoloģiskais varoņdarbs ir iespējams, pateicoties sarežģītai detaļu sistēmai, kas lieliski darbojas kopā.
Automobiļu dzinējs, kas izmanto degvielu automašīnu, lidmašīnu, traktoru, autobusu un motociklu pārvietošanai, var būt labākais piemērs tam.
Neatkarīgi no tā, vai esat inženierzinātņu students vai pieredzējis profesionālis, jūs uzzināsit kaut ko jaunu par šo svarīgo tehnoloģiju un izcilajiem prātiem, kas to padarīja iespējamu.
Tāpēc piesprādzējieties un pievienojieties mums šajā izglītojošā braucienā cauri automašīnas dzinēja sirdij!
Ievads automobiļu dzinējos
Formālā definīcija:
Degvielu patērējoša mašīna, kas nodrošina dzinējspēku automašīnām, lidmašīnām, traktoriem, autobusiem un motocikliem un tiek pārvadāta transportlīdzeklī.
Tātad, ja vēlaties ietaupīt naudu par benzīnu, labākais, ko varam jums pateikt, ir vienkārši izņemt automašīnas dzinēju. Tikai jokoju!
Dzinējs ir sarežģīta mašīna, kas griež automašīnas riteņus, iedarbinot benzīna degšanas radīto siltumu. Kas kaut kam dod ātrumu.
Četrtaktu sadegšanas cikls tiek izmantots, lai benzīnu pārvērstu kustībā iekšdedzes dzinējā, kas ir visizplatītākais dzinēja veids.
Šim ciklam ir četras daļas: ieplūde, saspiešana, dedzināšana un izplūde.
Dzinēju veidi
Ir dažādi dzinēju veidi, piemēram, rindas dzinēji ar četriem cilindriem vai V veida dzinēji ar sešiem vai astoņiem cilindriem.
Dzinēja izkārtojums nosaka, cik liels tas ir, cik labi tas darbojas un cik daudz jaudas tam ir.
Rindas dzinēji ir mazāki nekā V veida dzinēji, kas ir garāki un sarežģītāki.
Galvenās sastāvdaļas
Cilindru bloks, cilindra galva un karteris ir vissvarīgākās automašīnas dzinēja daļas.
Dzinēja sirds ir cilindru bloks, kas parasti ir izgatavots no dzelzs vai alumīnija sakausējuma. Tam ir cilindri, kas notur virzuļus, kas pārvietojas uz augšu un uz leju, lai iegūtu enerģiju.
Cilindru blokā ir arī sadegšanas kamera. Tā ir vieta, kur degviela un gaiss sajaucas, lai izveidotu sadegšanu.
Cilindra galva atrodas cilindru bloka augšpusē. Tam ir aizdedzes svece, sadales vārpstas un vārsti.
Sadales vārpstas kontrolē vārstu atvēršanos un aizvēršanos, kas kontrolē, cik daudz degvielas, gaisa un izplūdes gāzu nonāk sadegšanas kamerā un no tās.
Aizdedzes svece apgaismo degvielas un gaisa maisījumu, lai varētu notikt sadegšana.
Karteris parasti ir izgatavots no čuguna un atrodas dzinēja apakšā.
Tas satur tādas daļas kā virzuļi, kloķvārpsta, sadales vārpstas, sadales ķēde, eļļas panna, eļļas filtrs un tā tālāk. Kopā šīs daļas pārvērš degvielu kustībā.
Kad automašīna ir izslēgta, startera motors virzulim piešķir spēku, kas nepieciešams, lai tas virzītos uz leju.
Uzlabojumi iekšdedzes dzinējos
Dažu pēdējo gadu laikā ir veikti uzlabojumi dzinēju tehnoloģijās, piemēram, tiešā degvielas iesmidzināšanā, turbokompresorā un mainīgā vārstu iestatījumā.
Šo izmaiņu dēļ automašīna patērē mazāk gāzes, tai ir lielāka jauda un mazāk piesārņojuma.
Video: kā tas darbojas?
Padoms. Ja nepieciešams, ieslēdziet parakstu pogu. Iestatījumu pogā izvēlieties “automātiskais tulkojums”, ja nezināt angļu valodu. Iespējams, vispirms būs jānoklikšķina uz videoklipa valodas, pirms jūsu iecienītākā valoda kļūst pieejama tulkošanai.
Automobiļu dzinēju veidi
Automašīnās tiek izmantoti dažāda veida dzinēji, kurus var grupēt pēc divām lietām: degvielas veida un dzinēja uzstādīšanas veida (cilindru skaita) (cilindru konfigurācija).
Benzīna un dīzeļdzinēji ir visizplatītākie automašīnu dzinēju veidi, taču ir arī citas lietas, kas atšķir vienu dzinēju no cita.
- Taisni vai ierindotie dzinēji.
Visi taisnā/rindas dzinēja cilindri atrodas vienā līnijā, vērsti uz augšu un parasti ir perpendikulāri automašīnai.
Šis ir visizplatītākais izkārtojums ģimenes hečbekiem un mazākām automašīnām.
- Sabrukumi.
Plakanajiem dzinējiem ir divas cilindru rindas abās vienas kloķvārpstas pusēs.
- V veida dzinēji.
V veida dzinēja cilindri ir uzstādīti divās atsevišķās rindās, kas veido V ap kloķvārpstu.
- W-dzinēji.
W veida dzinējiem ir trīs cilindru rindas, kas veido W ap kloķvārpstu.
Cilindru uzstādīšanas veids var būt arī atšķirīgs.
Mazajām automašīnām ir trīscilindru dzinēji, bet turbokompresori ļāvuši tos ievietot arī lielākos ģimenes hečbekos.
Sešu cilindru dzinēji parasti ir atrodami augstākās klases sporta automašīnās un augstas veiktspējas automašīnās. Tos var iestatīt V vai taisnā līnijā.
Superauto un luksusa sedaniem ir dzinēji ar astoņiem vai vairāk cilindriem, piemēram, V8, V10 un V12.
Dažām augstākās klases Volkswagen grupas automašīnām ir W12 dzinēji.
Benzīna un dīzeļa dzinēji
Automobiļu lietojumos galvenās atšķirības starp benzīna un dīzeļdzinējiem ir enerģijas iegūšanas veids, izmantotās degvielas veids, siltuma efektivitāte, paredzamais kalpošanas laiks, apgriezieni minūtē (RPM) un griezes moments.
- Benzīna dzinēji.
Dzirksteļaizdedzes degšanu izmanto benzīna dzinējos, lai sajauktu gāzi un gaisu pirms tās saspiešanas un aizdegšanas.
Lielāko daļu laika benzīna dzinējiem ir augstāki apgriezieni nekā dīzeļdzinējiem, taču tiem ir mazāks griezes moments.
- Dīzeļdzinēji.
Pirms degvielas iesmidzināšanas gaisā dīzeļdzinēji to izspiež, kas padara dzinēju termiski efektīvāku un, iespējams, kalpo ilgāk.
Tā kā dīzeļdegvielai ir lielāks enerģijas blīvums nekā benzīnam, dīzeļdzinēji patērē mazāk degvielas nekā benzīna dzinēji.
Šo dažādo dzinēju veidu izmantošana automašīnās laika gaitā ir mainījusies un ir atkarīga no tā, kā automašīna ir paredzēta lietošanai, cik labi tai ir jādarbojas un cik daudz degvielas ir nepieciešams izmantot.
Automobiļu rūpniecības paplašināšana
Automobiļu dzinēja izstrāde
Rūpnieciskās revolūcijas laikā automobiļu rūpniecības izaugsme un nepieciešamība pēc dzinējiem ar lielāku jaudu izraisīja iekšdedzes dzinēju (ICE) izveidi.
Šie dzinēji sākotnēji bija paredzēti darbam ar šķidro degvielu, taču tie tika mainīti, lai tie varētu darboties ar benzīnu.
20. Gadsimta 00. Gados tika izgatavoti divu un četru ciklu dzinēji, un kļuva iespējams vienlaikus izgatavot daudz automašīnu.
Šķidrās degvielas konversijas un emisiju samazināšanas uzlabojumi
Inženieri izdomāja veidus, kā šķidro degvielu pārvērst tvaikos, lai to varētu izmantot. Tas uzlaboja degvielas efektivitāti un dzinēja jaudu.
Lai atrisinātu automašīnu radītā piesārņojuma problēmu, tika izgatavotas arī datorizētas dzinēju vadības sistēmas.
Pateicoties pētniecībai un attīstībai pēdējo 30 gadu laikā, ICE emisijas kritērijiem atbilstošu piesārņotāju, piemēram, slāpekļa oksīdu (Nox) un cieto daļiņu (PM), ir samazinātas par vairāk nekā 99%.
Uzlabota iekšdedzes dzinēju izpēte un izstrāde
Mūsdienās cilvēki cenšas panākt, lai iekšdedzes dzinēji darbotos labāk un būtu labāki videi.
Uzlabotu iekšdedzes dzinēju pētniecība un izstrāde ir vērsta uz tādām jaunām tehnoloģijām kā homogēnā lādiņa kompresijas aizdedze (HCCI) un pretējo virzuļu dzinēji (OPE), kā arī piedziņas agregātu padarīšana elektriskāku un hibrīdu.
Lai gan elektrisko transportlīdzekļu skaits pieaug, ICE joprojām ir svarīgas transporta nozarei un tiks izmantotas vēl ilgi.
Automobiļu dzinēja izmērs un gaisa plūsma
Lielākā daļa automašīnu dzinēju tiek mērīti litros, kas ir visu to cilindru kopējais tilpums.
Ja jūs padarāt dzinēju lielāku, tas dažkārt var palielināt zirgspēkus un griezes momentu, taču tas ne vienmēr notiek.
Gaisa plūsmas noteikšana automobiļu dzinējos
Lāpstiņu mērītājs un karstais vads ir divi visizplatītākie veidi, kā dzinējs var izmērīt, cik daudz gaisa ienāk.
Lāpstiņas mērītājs izmanto atsperu gaisa lāpstiņu, kas savienota ar mainīgu rezistoru, lai izmērītu dzinējā nonākošā gaisa daudzumu.
Savukārt karstās stieples masas gaisa plūsmas sensors izmanto pretestības vadu, kas karājas gaisa plūsmā un tiek uzkarsēts līdz noteiktai temperatūrai.
Pēc tam ienākošais gaiss atdzesē vadu, kas maina elektrisko strāvu proporcionāli cauri ejošajam gaisa daudzumam.
Savukārt Kármán virpuļa sensors nav veids, kā izmērīt ienākošo gaisa plūsmu automašīnas dzinējā.
Tā vietā tas ir veids, kā izmērīt gaisa plūsmas ātrumu, izraisot gaisa plūsmā virpuļus un pēc tam mērot virpuļu izraisītās spiediena izmaiņas.
Automobiļu dzinēju apkope
Dzinēja eļļas filtri
Motoreļļas filtri ir svarīga sastāvdaļa, lai pārliecinātos, ka automašīnas dzinējs darbojas labi.
Tie strādā, lai no eļļas atbrīvotu netīrumus, eļļu un metāla daļiņas. Tas ļauj eļļai plūst vienmērīgi, attīra eļļu un aizsargā metāla daļas.
Cena, dizains, konstrukcija un uzmanība detaļām ir svarīgas lietas, kas jāņem vērā, izvēloties dzinēja eļļas filtru.
Automobiļu dzinēju vadības sistēmas
Ir daudzi veidi, kā noregulēt un mainīt dzinēja vadības sistēmu, lai uzlabotu tās veiktspēju.
Daži veidi, kā mainīt sistēmas, ir rūpnīcas ECM atkārtota kalibrēšana, regulēšana ar spārniem, pārtvērējiem un citām papildu daļām, kā arī ieplūdes kolektoru projektēšana, modificēšana un izgatavošana.
Atsevišķi programmējamas dzinēja vadības sistēmas var izmantot arī, lai mainītu dzinēja darbību.
Lai nodrošinātu vislabāko veiktspēju, ir svarīgi veikt izmaiņas drošā un uzticamā veidā.
Pirms izmaiņu veikšanas dzinēja vadības sistēmā, konsultējieties ar ekspertu vai izlasiet šo tēmu.
Dzinēja stundas
Dzinēja stundas ir stundu skaits, kurā dzinējs ir darbojies kopš tā pirmās izgatavošanas, pat ja transportlīdzeklis nekustas.
Šis rādītājs ir noderīgs komerciālo transportlīdzekļu nolietojuma mērīšanai, jo īpaši tukšgaitas laika uzskaitei, jo odometrs nereģistrē nobraukumu, kad transportlīdzeklis katru dienu stundām ilgi sēž uz vietas ar jūgvārpstu.
Dzinēja stundas var izmantot arī, lai plānotu profilaktisko apkopi un noskaidrotu, cik daudz transportlīdzeklis ir izmantots.
Attiecību starp dzinēja stundām un jūdzēm var izmantot, lai izveidotu pilnīgu transportlīdzekļu nomaiņas plānu, uzlabotu apkopes grafikus un sekotu līdzi, cik labi klājas autoparkam.
Mūsdienu dzinējiem ir daļa, ko sauc par dzinēja vadības moduli (ECM), kas uzskaita dzinēja apgriezienu skaitu un katra pagrieziena laiku.
Automobiļu dzinēju vadības moduļi
Automobiļu dzinēju vadības moduļos (ECM) tiek izmantoti vairāki drošības pasākumi, lai pārliecinātos, ka tie darbojas pareizi un neļautu cilvēkiem ar tiem sajaukties.
Piemēram, tajos ir iegulta verifikācijas aparatūra un drošības mehānismi, tiek izmantoti automobiļu drošības standarti, piemēram, SAE J3061 un ISO/SAE 21434, un tiek veikti verifikācijas procesi.
ECM var arī aizsargāt, izmantojot ticamības pārbaudes, lai atrastu signālus, kas ir viltoti vai mainīti.
To veic, salīdzinot sensoru vērtības ar vadu vērtībām, lai pārliecinātos, ka tās ir pareizas. Tādējādi sliktiem cilvēkiem ir grūtāk veikt izmaiņas ECM.
Visbeidzot, mūsdienu ECM ir izgatavotas ar datoru daļām, piemēram, mikroprocesoriem, kas var ātri uztvert, interpretēt un rīkoties ar sensoru ievadi. Tas palīdz pārliecināties, ka sistēma darbojas pareizi.
EPA ir ieviesusi politiku, lai nodrošinātu, ka tiek ievēroti Tīra gaisa likuma aizliegumi attiecībā uz manipulācijām un pēcpārdošanas pārtraukšanas ierīcēm.
Šie aizliegumi ir spēkā visu transportlīdzekļa kalpošanas laiku, padara dīleriem nelikumīgu pārdot viltotus transportlīdzekļus, kas jau atrodas uz ceļa, un pieprasa regulāras transportlīdzekļu pārbaudes, lai pārliecinātos, ka emisiju borta diagnostikas sistēmas darbojas pareizi.
Uztvērēji, kas ir produkti, kas maina ECU, var būt nelegālas pēcpārdošanas pārtraukšanas ierīces, un to izmantošana vai ievietošana var būt nelikumīga manipulācija.
Lietošanas gadījumi
| Uzdevums: | Apraksts: |
|---|---|
| Automašīnas un citi transportlīdzekļi | Automašīnas, kravas automašīnas un autobusi ir visizplatītākās vietas, kur tiek izmantoti automašīnu dzinēji. Šie dzinēji nodrošina transportlīdzeklim nepieciešamo jaudu, lai virzītos uz priekšu. Tie ir svarīga mūsdienu transporta sastāvdaļa. |
| Gaisa kuģu piedziņa | Vēl viena svarīga vieta, kur tiek izmantoti automašīnu dzinēji, ir lidmašīnās, kur tie nodrošina pacelšanās un lidojumam nepieciešamo vilci. Lielākā daļa lidmašīnu dzinēju ir jaudīgāki un efektīvāki nekā automašīnu dzinēji, jo tiem ir jāspēj radīt lielāku pacēlumu un pārvarēt gaisa pretestību. |
| Lauksaimniecības tehnika | Automašīnu dzinējus bieži izmanto traktoros un cita veida lauksaimniecības iekārtās. Šiem dzinējiem ir jābūt pietiekami spēcīgiem un izturīgiem, lai izturētu lielas slodzes un smagu darbu, kas saistīts ar lauksaimniecību. |
| Enerģijas ražošana | Ir reizes, kad jaudas iegūšanai var izmantot arī automašīnu dzinējus. Lielāko daļu laika šie dzinēji tiek izmantoti ģeneratoru komplektos, kurus izmanto māju un uzņēmumu barošanai, kad pazūd strāva. |
| Jūras dzinējspēks | Laivas un cita veida peldlīdzekļus var darbināt arī ar automašīnu dzinējiem. Kuģu dzinēji parasti ir izgatavoti tā, lai tie kalpotu ilgāk un izturētu pret koroziju labāk nekā automašīnu dzinēji, jo tiem jādarbojas skarbā jūras vidē. |
| Sacīkšu sacīkstes | Vēl viens veids, kā tiek izmantoti automašīnu dzinēji, ir sacīkstēs, kur tie darbina augstas veiktspējas automašīnas, kas var braukt ļoti ātri. Lielākā daļa sacīkšu dzinēju ir pielāgoti, lai no tiem gūtu maksimālu labumu, un tie var radīt daudz vairāk jaudas nekā parasts automašīnas dzinējs. |
| Zāles pļāvēji un citi mazie instrumenti | Visbeidzot, automašīnu dzinējus var izmantot arī zāles pļāvēju, motorzāģu un citu mazu instrumentu darbināšanai. Lielāko daļu laika šie dzinēji nav tik spēcīgi kā to lielākie līdzinieki, taču tiem joprojām ir jābūt pietiekami uzticamiem un efektīviem, lai tie darbotos ikdienā. |
Atsauces:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Secinājums
Noslēgumā jāsaka, ka automašīnas dzinējs ir pārsteidzoša tehnoloģija, kas ir mainījusi mūsu ceļošanas un dzīves veidu.
Inženieri ir bijuši šo apbrīnojamo mašīnu ražošanas priekšgalā, sākot no pirmajiem iekšdedzes dzinējiem un beidzot ar mūsdienu modernākajiem hibrīdiem un elektriskajiem spēka agregātiem.
Taču automašīnas dzinējs ir arī simbols kaut kam dziļākam: mūsu dabiskajai vēlmei pārkāpt iespējamā robežas, izlauzties cauri barjerām un sapņot par labāku rītdienu.
Raugoties nākotnē, ir skaidrs, ka automobiļu dzinējs arī turpmāk būs svarīga mūsu dzīves sastāvdaļa
Tas ir dzinējs, kas darbina automašīnas, kas mūs ved uz darbu, skolu un citām vietām.
Taču tas ir arī atgādinājums par to, cik spēcīga ir cilvēka radošums, cik cilvēki ir gatavi izmēģināt jaunas lietas un cik daudz spēj cilvēka prāts.
Tāpēc nākamreiz, kad iedarbināsiet savu automašīnu, veltiet laiku, lai padomātu par apbrīnojamo inženieriju, kas to visu padara iespējamu, un atcerieties, ka iespējas patiešām ir bezgalīgas.
Kopīgot…
