Vnútri Automobilových Motorov: Ako Fungujú

Ako inžinier viete, že každý pôsobivý technologický počin je možný vďaka komplikovanému systému dielov, ktoré spolu dokonale spolupracujú.

Automobilový motor, ktorý využíva palivo na pohyb áut, lietadiel, traktorov, autobusov a motocyklov, môže byť toho najlepším príkladom.

Či už ste študent inžinierstva alebo skúsený profesionál, dozviete sa niečo nové o tejto dôležitej technológii a skvelých mysliach, ktoré to umožnili.

Tak sa pripútajte a pridajte sa k nám na túto vzdelávaciu jazdu srdcom automobilového motora!

Úvod do automobilových motorov

Formálna definícia:

Palivový stroj, ktorý poskytuje hnaciu silu pre automobily, lietadlá, traktory, autobusy a motocykle a je prepravovaný vo vozidle.

Takže, ak chcete ušetriť peniaze za benzín, najlepšie, čo vám môžeme povedať, je jednoducho vybrať motor vášho auta. Robím si srandu!

Motor je komplikovaný stroj, ktorý otáča kolesá auta tak, že premieňa teplo zo spaľovania benzínu na silu. Čo dáva niečomu rýchlosť.

Štvortaktný spaľovací cyklus sa používa na uvedenie benzínu do pohybu v spaľovacom motore, ktorý je najbežnejším typom motora.

Tento cyklus má štyri časti: nasávanie, kompresiu, spaľovanie a výfuk.

Typy motorov

Existujú rôzne typy motorov, ako sú radové motory so štyrmi valcami alebo motory V so šiestimi alebo ôsmimi valcami.

Usporiadanie motora určuje, aký je veľký, ako dobre funguje a aký má výkon.

Radové motory sú menšie ako V-motory, ktoré sú dlhšie a komplikovanejšie.

Hlavné komponenty

Blok valcov, hlava valcov a kľuková skriňa sú najdôležitejšie časti automobilového motora.

Srdcom motora je blok valcov, ktorý je zvyčajne vyrobený zo železa alebo zliatiny hliníka. Má valce, ktoré držia piesty, ktoré sa pohybujú hore a dole a vytvárajú energiu.

Spaľovacia komora je tiež v bloku valcov. Je to miesto, kde sa palivo a vzduch miešajú, aby došlo k spaľovaniu.

Hlava valcov je umiestnená na vrchu bloku valcov. Má zapaľovaciu sviečku, vačkové hriadele a ventily.

Vačkové hriadele riadia, ako sa ventily otvárajú a zatvárajú, čo riadi, koľko paliva, vzduchu a výfukových plynov ide do a zo spaľovacej komory.

Zapaľovacia sviečka zapáli zmes paliva a vzduchu, aby mohlo dôjsť k spaľovaniu.

Kľuková skriňa je zvyčajne vyrobená z liatiny a je v spodnej časti motora.

Obsahuje časti ako piesty, kľukový hriadeľ, vačkové hriadele, rozvodovú reťaz, olejovú vaňu, olejový filter atď. Tieto časti spoločne premieňajú palivo na pohyb.

Keď je auto vypnuté, štartér dodáva piestu silu, ktorú potrebuje na pohyb nadol.

Vylepšenia v spaľovacích motoroch

V posledných rokoch došlo k vylepšeniam technológie motora, ako je priame vstrekovanie paliva, preplňovanie turbodúchadlom a variabilné časovanie ventilov.

Vďaka týmto zmenám auto spotrebuje menej plynu, má väčší výkon a menej znečisťuje životné prostredie.

Video: Ako to funguje?

Tip: Ak potrebujete, zapnite tlačidlo titulkov. Ak nie ste oboznámení s anglickým jazykom, vyberte v tlačidle nastavení „automatický preklad“. Možno budete musieť najskôr kliknúť na jazyk videa, až potom bude váš obľúbený jazyk dostupný na preklad.

Typy automobilových motorov

V autách sa používajú rôzne druhy motorov, ktoré možno rozdeliť do dvoch skupín: typ paliva a spôsob nastavenia motora (počet valcov) (konfigurácia valcov).

Benzínové a naftové motory sú najbežnejšími typmi automobilových motorov, ale existujú aj iné veci, ktoré odlišujú jeden motor od druhého.

• Priame alebo radové motory.

Všetky valce v priamom/radovom motore sú v jednej línii, smerujú nahor a zvyčajne sú kolmé na vozidlo.

Toto je najbežnejšie usporiadanie pre rodinné hatchbacky a menšie autá.

• Rozpady.

Ploché motory majú dve rady valcov na oboch stranách jedného kľukového hriadeľa.

• V-motory.

Valce v motore do V sú usporiadané v dvoch samostatných radoch, ktoré tvoria V okolo kľukového hriadeľa.

• W-Engines.

W-motory majú tri rady valcov, ktoré tvoria W okolo kľukového hriadeľa.

Spôsob nastavenia valcov môže byť tiež odlišný.

Malé autá majú trojvalce, no turbodúchadlá ich umožnili dať aj do väčších rodinných hatchbackov.

Šesťvalcové motory sa zvyčajne nachádzajú v špičkových športových autách a výkonných autách. Môžu byť postavené do V alebo do priamky.

Superautá a luxusné limuzíny majú motory s ôsmimi alebo viacerými valcami, ako sú V8, V10 a V12.

Niektoré z automobilov najvyššej triedy Volkswagen Group majú motory W12.

Benzínové a naftové motory

V automobilových aplikáciách sú hlavnými rozdielmi medzi benzínovými a naftovými motormi spôsob výroby energie, typ použitého paliva, tepelná účinnosť, predpokladaná životnosť, otáčky za minútu (RPM) a krútiaci moment.

• Benzínové motory.

Zážihové spaľovanie sa používa v benzínových motoroch na zmiešanie plynu a vzduchu pred jeho stlačením a zapálením.

Benzínové motory majú väčšinou vyššie otáčky ako dieselové motory, ale majú menší krútiaci moment.

• Dieselové motory.

Pred vstreknutím paliva do vzduchu ho dieselové motory stlačia, vďaka čomu je motor tepelne efektívnejší a pravdepodobne vydrží dlhšie.

Pretože nafta má vyššiu hustotu energie ako benzín, naftové motory spotrebujú menej paliva ako benzínové motory.

Spôsob, akým sa tieto rôzne typy motorov používajú v autách, sa časom zmenil a závisí od toho, ako sa má auto používať, ako dobre musí fungovať a koľko paliva potrebuje spotrebovať.

Expanzia automobilového priemyslu

Vývoj automobilového motora

Počas priemyselnej revolúcie viedol rast automobilového priemyslu a potreba motorov s väčším výkonom k ​​vytvoreniu spaľovacích motorov (ICE).

Tieto motory boli pôvodne vyrobené na pohon na kvapalné palivá, ale boli zmenené tak, aby mohli jazdiť na benzín.

V roku 1900 sa vyrábali dvojtaktné a štvortaktné motory a bolo možné vyrobiť veľa áut naraz.

Vylepšenia konverzie kvapalného paliva a zníženia emisií

Inžinieri prišli na spôsoby, ako premeniť kvapalné palivá na pary, aby sa dali použiť. Tým sa zlepšila spotreba paliva a výkon motora.

Na vyriešenie problému znečistenia z automobilov boli vyrobené aj počítačové systémy riadenia motora.

Emisie ICE kritických znečisťujúcich látok, ako sú oxidy dusíka (Nox) a tuhé častice (PM), sa vďaka výskumu a vývoju za posledných 30 rokov znížili o viac ako 99 %.

Výskum a vývoj pokročilých spaľovacích motorov

Dnes sa ľudia snažia, aby spaľovacie motory fungovali lepšie a boli šetrnejšie k životnému prostrediu.

Výskum a vývoj pokročilých spaľovacích motorov sa zameriava na nové technológie, ako je homogénne vznetové zapaľovanie (HCCI) a motory s protiľahlými piestami (OPE), ako aj na výrobu pohonných jednotiek, ktoré sú viac elektrické a hybridné.

Aj keď počet elektrických vozidiel rastie, ICE sú stále dôležité pre dopravný priemysel a budú sa používať ešte dlho.

Veľkosť automobilového motora a prietok vzduchu

Väčšina motorov áut sa meria v litroch, čo je celkový objem všetkých ich valcov.

Ak motor zväčšíte, môže mať niekedy viac konských síl a krútiaceho momentu, no nie vždy je to tak.

Snímanie prietoku vzduchu v automobilových motoroch

Merač lopatiek a horúci drôt sú dva najbežnejšie spôsoby, ktorými motor meria množstvo privádzaného vzduchu.

Pružinová vzduchová lopatka pripojená k premenlivému odporu sa používa na meranie množstva vzduchu vstupujúceho do motora.

Na druhej strane snímač hmotnostného prietoku vzduchu s horúcim drôtom používa odporový drôt, ktorý visí dolu do prúdu vzduchu a ohrieva sa na určitú teplotu

Prichádzajúci vzduch potom ochladzuje drôt, ktorý mení elektrický prúd spôsobom, ktorý je úmerný množstvu vzduchu, ktorý ním prechádza.

Vírový senzor Kármán na druhej strane nie je spôsob, ako merať prietok vzduchu v motore auta.

Namiesto toho je to spôsob merania rýchlosti prúdenia vzduchu spôsobením vírov v prúde vzduchu a následným meraním zmien tlaku spôsobených vírmi.

Údržba automobilového motora

Filtre motorového oleja

Filtre motorového oleja sú dôležitou súčasťou zabezpečenia dobrého chodu motora automobilu.

Pracujú na odstránení nečistôt, oleja a kovových častíc z oleja. Olej tak môže hladko prúdiť, čistí sa a chráni kovové časti.

Cena, dizajn, konštrukcia a zmysel pre detail sú všetko dôležité, na čo treba myslieť pri výbere filtra motorového oleja.

Systémy riadenia automobilového motora

Existuje mnoho spôsobov, ako vyladiť a zmeniť systém riadenia motora, aby sa zlepšil jeho výkon.

Niektoré spôsoby, ako zmeniť systémy, sú prekalibrovanie továrenských ECM, vyladenie s pribalenými dielmi, zachytávačmi a inými extra súčiastkami a dizajn, úprava a výroba sacích potrubí.

Samostatne programovateľné systémy riadenia motora môžu byť tiež použité na zmenu fungovania motora.

Aby ste dosiahli čo najlepší výkon, je dôležité vykonávať zmeny bezpečným a spoľahlivým spôsobom.

Pred vykonaním zmien v systéme riadenia motora by ste sa mali porozprávať s odborníkom alebo si túto tému prečítať.

Hodiny motora

Hodiny motora sú počet hodín, počas ktorých motor beží od prvého vyrobenia, aj keď sa vozidlo nepohybuje.

Táto metrika je užitočná na meranie opotrebovania úžitkových vozidiel, najmä na sledovanie doby voľnobehu, pretože počítadlo kilometrov nezaznamenáva počet najazdených kilometrov, keď vozidlo každý deň niekoľko hodín nehybne sedí.

Hodiny motora možno použiť aj na plánovanie preventívnej údržby a zistenie, koľko bolo vozidlo využívané.

Vzťah medzi motohodinami a míľami možno použiť na vytvorenie kompletného plánu výmeny vozidiel, zlepšenie plánov údržby a sledovanie toho, ako dobre sa darí vozovému parku.

Moderné motory majú časť nazývanú riadiaci modul motora (ECM), ktorá počíta, koľkokrát sa motor otočí a ako dlho každé otočenie trvá.

Moduly riadenia automobilového motora

Riadiace moduly automobilového motora (ECM) využívajú množstvo bezpečnostných opatrení, aby sa ubezpečili, že fungujú správne a že sa s nimi ľudia nebudú baviť.

Napríklad vkladajú overovací hardvér a bezpečnostné mechanizmy, používajú automobilové bezpečnostné štandardy ako SAE J3061 a ISO/SAE 21434 a prechádzajú overovacími procesmi.

Moduly ECM možno chrániť aj pomocou kontrol hodnovernosti na nájdenie falošných alebo zmenených signálov.

Robí sa to porovnaním hodnôt snímača s pevne zapojenými hodnotami, aby ste sa uistili, že sú správne. Tým je pre zlých ľudí ťažšie vykonávať zmeny v ECM.

A napokon, moderné ECM sa vyrábajú s počítačovými časťami, ako sú mikroprocesory, ktoré dokážu rýchlo prijímať, interpretovať a pôsobiť na vstupy senzorov. Pomáha to zabezpečiť, aby systém fungoval správne.

Agentúra EPA má zavedenú politiku, ktorá zabezpečuje, že sa budú dodržiavať zákazy manipulácie a rušenia zariadení na trh s náhradnými dielmi podľa zákona o čistom ovzduší.

Tieto zákazy platia počas celej životnosti vozidla, zakazujú predajcom predávať manipulované vozidlá, ktoré sú už na cestách, a vyžadujú pravidelné kontroly vozidiel, aby sa zabezpečilo, že palubné diagnostické systémy pre emisie fungujú správne.

Tunery, čo sú produkty, ktoré menia ECU, môžu byť nelegálne rušiace zariadenia a ich používanie alebo vkladanie môže byť nelegálne zasahovanie.

Prípady použitia

Úloha:	Popis:
Autá a iné vozidlá	Autá, nákladné autá a autobusy sú najbežnejšími miestami, kde sa používajú automobilové motory. Tieto motory dodávajú vozidlu potrebnú silu na pohyb vpred. Sú dôležitou súčasťou modernej dopravy.
Pohon lietadla	Ďalším dôležitým miestom využitia automobilových motorov sú lietadlá, kde zabezpečujú ťah potrebný na vzlet a let. Väčšina leteckých motorov je výkonnejšia a efektívnejšia ako motory automobilov, pretože musia byť schopné vytvoriť väčší zdvih a prekonať odpor vzduchu.
Poľnohospodárska technika	Motory z automobilov sa často používajú v traktoroch a iných typoch poľnohospodárskych zariadení. Tieto motory musia byť dostatočne silné a majú dlhú životnosť, aby zvládli veľké zaťaženie a tvrdú prácu, ktorá je spojená s poľnohospodárstvom.
Vytváranie energie	Sú chvíle, keď sa na výrobu energie dajú použiť aj motory áut. Väčšinu času sa tieto motory používajú v generátorových súpravách, ktoré sa používajú na napájanie domácností a podnikov pri výpadku prúdu.
Námorný pohon	Lode a iné typy plavidiel môžu byť poháňané aj automobilovými motormi. Lodné motory sú zvyčajne vyrobené tak, aby vydržali dlhšie a odolávali korózii lepšie ako motory automobilov, pretože musia pracovať v drsnom morskom prostredí.
Preteky	Ďalším spôsobom využitia automobilových motorov je pretekanie, kde poháňajú vysokovýkonné autá, ktoré dokážu ísť veľmi rýchlo. Väčšina pretekárskych motorov je vylepšená tak, aby z nich vyťažila maximum a dokážu vyprodukovať oveľa väčší výkon ako bežný automobilový motor.
Kosačky na trávu a iné drobné náradie	Napokon, motory automobilov možno použiť aj na pohon kosačiek na trávu, reťazových píl a iného drobného náradia. Väčšinou tieto motory nie sú také silné ako ich väčšie náprotivky, ale stále musia byť dostatočne spoľahlivé a účinné, aby zvládli každodenné používanie.

Referencie:

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

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

Záver

Na záver, motor auta je úžasný kus technológie, ktorý zmenil spôsob, akým cestujeme a žijeme.

Inžinieri stáli v popredí výroby týchto úžasných strojov, od prvých spaľovacích motorov až po najmodernejšie hybridné a elektrické pohonné jednotky súčasnosti.

Automobilový motor je však aj symbolom niečoho hlbšieho: našej prirodzenej túžby posúvať hranice možného, ​​prekonávať bariéry a snívať o krajšom zajtrajšku.

Keď sa pozrieme do budúcnosti, je jasné, že automobilový motor bude aj naďalej dôležitou súčasťou našich životov

Je to motor, ktorý poháňa autá, ktoré nás odvezú do práce, školy a na iné miesta.

Je to však aj pripomienka toho, aká silná je ľudská tvorivosť, ako sú ľudia ochotní skúšať nové veci a koľko toho dokáže ľudská myseľ.

Keď teda nabudúce naštartujete auto, nájdite si chvíľku na premýšľanie o úžasnej technike, ktorá to všetko umožňuje, a pamätajte, že možnosti sú skutočne nekonečné.