Як інженер ви знаєте, що кожен вражаючий технологічний подвиг стає можливим завдяки складній системі частин, які ідеально працюють разом.
Найкращим прикладом цього може бути автомобільний двигун, який використовує паливо для руху автомобілів, літаків, тракторів, автобусів і мотоциклів.
Незалежно від того, чи ви студент інженерного факультету, чи досвідчений професіонал, ви дізнаєтеся щось нове про цю важливу технологію та геніальні уми, які зробили її можливою.
Тож пристебніться та приєднуйтесь до нас у цій навчальній поїздці серцем автомобільного двигуна!
Вступ до автомобільних двигунів
Формальне визначення:
Машина, що споживає паливо, яка забезпечує рушійну силу для автомобілів, літаків, тракторів, автобусів і мотоциклів і перевозиться в транспортному засобі.
Отже, якщо ви хочете заощадити гроші на бензині, найкраще, що ми можемо вам сказати, це просто вийняти двигун вашого автомобіля. Жартую!
Двигун — це складна машина, яка обертає колеса автомобіля, перетворюючи тепло від горіння бензину в силу. Який надає швидкості чомусь.
Чотиритактний цикл згоряння використовується для приведення бензину в рух у двигуні внутрішнього згоряння, який є найпоширенішим типом двигуна.
Цей цикл має чотири частини: всмоктування, стиснення, спалювання та випуск.
Типи двигунів
Існують різні типи двигунів, наприклад, рядні двигуни з чотирма циліндрами або V-подібні двигуни з шістьма або вісьмома циліндрами.
Компонування двигуна визначає, наскільки він великий, наскільки добре він працює та яку потужність має.
Рядні двигуни менші, ніж V-подібні двигуни, які довші та складніші.
Основні компоненти
Блок циліндрів, головка блоку циліндрів і картер є найважливішими частинами автомобільного двигуна.
Серцем двигуна є блок циліндрів, який зазвичай виготовляють із заліза або алюмінієвого сплаву. Він має циліндри, які утримують поршні, які рухаються вгору та вниз, виробляючи енергію.
Камера згоряння також знаходиться в блоці циліндрів. Це місце, де паливо і повітря змішуються для згоряння.
Головка блоку циліндрів розташована на блоці циліндрів. Має свічку запалювання, розподільні вали та клапани.
Розподільні вали контролюють, як відкриваються та закриваються клапани, що контролює, скільки палива, повітря та вихлопних газів надходить у камеру згоряння та виходить із неї.
Свічка запалює суміш палива та повітря, щоб можливе горіння.
Картер зазвичай виготовляється з чавуну і знаходиться в нижній частині двигуна.
Він містить такі деталі, як поршні, колінчастий вал, розподільні вали, ланцюг ГРМ, масляний піддон, масляний фільтр тощо. Разом ці частини перетворюють паливо в рух.
Коли автомобіль вимкнено, стартер надає поршню силу, необхідну для руху вниз.
Удосконалення двигунів внутрішнього згоряння
За останні кілька років були вдосконалені технології двигунів, такі як безпосереднє вприскування палива, турбонаддув і змінні фази газорозподілу.
Завдяки цим змінам автомобіль споживає менше газу, має більше потужності та менше забруднює навколишнє середовище.
Відео: Як це працює?
Порада: увімкніть кнопку субтитрів, якщо вона вам потрібна. Виберіть «автоматичний переклад» у кнопці налаштувань, якщо ви не знайомі з англійською мовою. Можливо, вам доведеться спершу натиснути мову відео, перш ніж ваша улюблена мова стане доступною для перекладу.
Типи автомобільних двигунів
Існують різні типи двигунів, які використовуються в автомобілях, і їх можна згрупувати за двома ознаками: типом палива та способом налаштування двигуна (кількістю циліндрів) (конфігурацією циліндра).
Бензинові та дизельні двигуни є найпоширенішими видами автомобільних двигунів, але є й інші особливості, які відрізняють один двигун від іншого.
- Рядні або рядні двигуни.
Усі циліндри прямолінійного/рядного двигуна розташовані на одній лінії, спрямовані вгору та зазвичай перпендикулярні до автомобіля.
Це найпоширеніша компоновка для сімейних хетчбеків і невеликих автомобілів.
- Поломки.
Плоскі двигуни мають два ряди циліндрів по обидві сторони від одного колінчастого вала.
- V-образні двигуни.
Циліндри V-подібного двигуна розташовані у двох окремих групах, які утворюють V навколо колінчастого вала.
- W-двигуни.
W-подібні двигуни мають три ряди циліндрів, які утворюють букву W навколо колінчастого вала.
Спосіб установки циліндрів також може бути різним.
Маленькі автомобілі мають трициліндрові двигуни, але турбокомпресори дозволили встановити їх і на великі сімейні хетчбеки.
Шестициліндрові двигуни зазвичай встановлюються в елітних спортивних і потужних автомобілях. Вони можуть бути встановлені у вигляді V або прямої лінії.
Суперкари та розкішні седани мають двигуни з вісьмома або більше циліндрами, наприклад V8, V10 та V12.
Деякі з найдорожчих автомобілів Volkswagen Group мають двигуни W12.
Бензинові та дизельні двигуни
В автомобільній промисловості основні відмінності між бензиновими та дизельними двигунами полягають у тому, як виробляється енергія, тип використовуваного палива, теплова ефективність, очікувана тривалість життя, кількість обертів за хвилину (RPM) і крутний момент.
- Бензинові двигуни.
Спалювання з іскрою використовується в бензинових двигунах для змішування газу та повітря перед його стисненням і запалюванням.
У більшості випадків бензинові двигуни мають вищі оберти, ніж дизельні двигуни, але вони мають менший крутний момент.
- Дизельні двигуни.
Перш ніж впорскувати паливо в повітря, дизельні двигуни стискають його, що робить двигун ефективнішим у нагріванні та, ймовірно, прослужить довше.
Оскільки дизель має вищу щільність енергії, ніж бензин, дизельні двигуни споживають менше палива, ніж бензинові.
Те, як ці різні типи двигунів використовуються в автомобілях, змінювалося з часом і залежить від того, як автомобіль призначений для використання, наскільки добре він повинен працювати та скільки палива йому потрібно використовувати.
Розширення автомобільної промисловості
Розвиток автомобільного двигуна
Під час промислової революції зростання автомобільної промисловості та потреба в двигунах з більшою потужністю призвели до створення двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ).
Ці двигуни спочатку створювалися для роботи на рідкому паливі, але їх змінили, щоб вони могли працювати на бензині.
У 1900-х роках почали виготовляти двотактні та чотиритактні двигуни, і стало можливим виготовляти багато автомобілів одночасно.
Удосконалення конверсії рідкого палива та скорочення викидів
Інженери винайшли способи перетворити рідке паливо в пари, щоб їх можна було використовувати. Це покращило паливну ефективність і потужність двигуна.
Щоб вирішити проблему забруднення від автомобілів, також були створені комп’ютеризовані системи керування двигуном.
Завдяки дослідженням і розробкам протягом останніх 30 років викиди забруднюючих речовин, таких як оксиди азоту (Nox) і тверді частинки (PM), було скорочено більш ніж на 99%.
Передові дослідження та розробки двигунів внутрішнього згоряння
Сьогодні люди намагаються зробити так, щоб двигуни внутрішнього згоряння працювали краще та були кращими для навколишнього середовища.
Дослідження та розробки вдосконалених двигунів внутрішнього згоряння зосереджені на нових технологіях, таких як гомогенне запалювання від стиснення заряду (HCCI) і опозитні поршневі двигуни (OPE), а також на тому, щоб силові агрегати стали більш електричними та гібридними.
Незважаючи на те, що кількість електромобілів зростає, ДВС все ще важливі для транспортної галузі та використовуватимуться ще довго.
Розмір автомобільного двигуна та потік повітря
Більшість автомобільних двигунів вимірюється в літрах, що є загальним об’ємом усіх їх циліндрів.
Якщо зробити двигун більшим, він іноді може виробляти більше кінських сил і крутного моменту, але це не завжди так.
Вимірювання потоку повітря в автомобільних двигунах
Лопатковий вимірювач і гарячий дріт є двома найпоширенішими способами вимірювання двигуном кількості повітря, що надходить.
Підпружинена повітряна лопатка, з’єднана зі змінним резистором, використовується лопастним вимірювачем для вимірювання кількості повітря, що надходить у двигун.
Датчик потоку повітря з гарячим дротом, з іншого боку, використовує резистивний дріт, який звисає в потік повітря та нагрівається до певної температури
Потім повітря, що надходить, охолоджує дріт, що змінює електричний струм пропорційно кількості повітря, що проходить через нього.
З іншого боку, вихровий датчик Kármán не є способом вимірювання потоку повітря, що надходить у двигун автомобіля.
Натомість це спосіб вимірювання швидкості повітряного потоку, створюючи завихрення в потоці повітря, а потім вимірюючи зміни тиску, викликані завихреннями.
Технічне обслуговування автомобільних двигунів
Масляні фільтри двигуна
Масляні фільтри двигуна є важливою складовою забезпечення нормальної роботи двигуна автомобіля.
Вони працюють для видалення з олії бруду, масла та частинок металу. Це забезпечує плавний потік масла, очищає масло та захищає металеві частини.
Ціна, дизайн, конструкція та увага до деталей – все це важливо враховувати при виборі масляного фільтра для двигуна.
Системи керування автомобільним двигуном
Існує багато способів налаштувати та змінити систему керування двигуном, щоб покращити її продуктивність.
Деякі способи змінити системи полягають у повторному калібруванні заводських ECM, налаштуванні контрейлерів, інтерцепторів та інших додаткових частин, а також проектуванні, модифікації та виготовленні впускних колекторів.
Окремо програмовані системи керування двигуном також можна використовувати для зміни того, наскільки добре працює двигун.
Щоб отримати найкращу продуктивність, важливо вносити зміни безпечним і надійним способом.
Перш ніж вносити зміни в систему керування двигуном, вам слід поговорити з експертом або прочитати цю тему.
Час роботи двигуна
Години роботи двигуна – це кількість годин, протягом яких двигун працював з моменту його створення, навіть коли автомобіль не рухається.
Цей показник корисний для вимірювання зносу комерційних транспортних засобів, особливо для відстеження часу простою, оскільки одометр не фіксує пробіг, коли транспортний засіб використовує ВВП, щоб годинами щодня простоювати.
Мотогодини також можна використовувати для планування профілактичного обслуговування та визначення тривалості використання автомобіля.
Співвідношення між годинами роботи двигуна та милями можна використовувати, щоб скласти повний план заміни транспортних засобів, покращити графіки технічного обслуговування та відстежувати, наскільки добре працює автопарк.
Сучасні двигуни мають частину, яка називається модулем керування двигуном (ECM), яка підраховує кількість обертів двигуна та тривалість кожного оберту.
Модулі керування автомобільними двигунами
Автомобільні модулі керування двигуном (ECM) використовують низку заходів безпеки, щоб переконатися, що вони працюють належним чином, і не дати людям возитися з ними.
Наприклад, вони впроваджують апаратне забезпечення перевірки та механізми безпеки, використовують стандарти автомобільної безпеки, такі як SAE J3061 та ISO/SAE 21434, і проходять процеси перевірки.
ECM також можна захистити за допомогою перевірок правдоподібності для пошуку сигналів, які були підроблені або змінені.
Це робиться шляхом порівняння значень датчиків із зафіксованими значеннями, щоб переконатися, що вони правильні. Це ускладнює внесення змін до ECM поганим людям.
Нарешті, сучасні ЕСМ виготовляються з комп’ютерних частин, таких як мікропроцесори, які можуть швидко отримувати, інтерпретувати та діяти на вхідних даних датчиків. Це допомагає переконатися, що система працює правильно.
EPA має політику, яка гарантує дотримання заборони Закону про чисте повітря щодо фальсифікації та вторинних аварійних пристроїв.
Ці заборони діють протягом усього терміну служби транспортного засобу, забороняють дилерам продавати пошкоджені транспортні засоби, які вже є в дорозі, і вимагають регулярних перевірок транспортних засобів, щоб переконатися, що бортові системи діагностики викидів працюють належним чином.
Тюнери, які є продуктами, які змінюють ECU, можуть бути незаконними пристроями поломки на вторинному ринку, і їх використання або встановлення може бути незаконним втручанням.
Випадки використання
| завдання: | опис: |
|---|---|
| Автомобілі та інші транспортні засоби | Легкові, вантажівки та автобуси є найпоширенішими місцями, де використовуються автомобільні двигуни. Ці двигуни дають транспортному засобу необхідну потужність для руху вперед. Вони є важливою частиною сучасного транспорту. |
| Привід літака | Іншим важливим місцем, де використовуються автомобільні двигуни, є літаки, де вони забезпечують тягу, необхідну для зльоту та польоту. Більшість авіаційних двигунів потужніші та ефективніші, ніж автомобільні, тому що вони повинні створювати більшу підйомну силу та долати опір повітря. |
| Сільськогосподарське обладнання | Двигуни від автомобілів часто використовуються в тракторах та іншій сільськогосподарській техніці. Ці двигуни мають бути достатньо міцними та довговічними, щоб справлятися з великими навантаженнями та важкою роботою, пов’язаною з сільським господарством. |
| Вироблення енергії | Бувають випадки, коли автомобільні двигуни також можна використовувати для виробництва енергії. У більшості випадків ці двигуни використовуються в генераторних установках, які використовуються для живлення будинків і підприємств, коли електроенергія відключається. |
| Морський двигун | Човни та інші види плавзасобів також можуть працювати від автомобільних двигунів. Суднові двигуни, як правило, виробляються таким чином, щоб служити довше та краще протистояти корозії, ніж автомобільні двигуни, оскільки вони повинні працювати в суворих морських умовах. |
| Перегони | Іншим способом використання автомобільних двигунів є перегони, де вони приводять у дію високопродуктивні автомобілі, які можуть рухатися дуже швидко. Більшість гоночних двигунів налаштовано, щоб отримати від них максимум, і вони можуть виробляти набагато більше потужності, ніж звичайний автомобільний двигун. |
| Газонокосарки та інший дрібний інструмент | Нарешті, автомобільні двигуни також можна використовувати для живлення газонокосарок, бензопил та інших дрібних інструментів. Здебільшого ці двигуни не такі потужні, як їхні більші аналоги, але вони все одно повинні бути достатньо надійними та ефективними, щоб витримувати щоденне використання. |
Література:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Висновок
Підсумовуючи, автомобільний двигун — це дивовижна технологія, яка змінила наш спосіб життя та подорожей.
Інженери були в авангарді створення цих дивовижних машин, від перших двигунів внутрішнього згоряння до найсучасніших гібридних і електричних силових агрегатів сучасності.
Але двигун автомобіля також є символом чогось глибшого: нашого природного бажання розширити межі можливого, подолати бар’єри та мріяти про краще завтра.
Дивлячись у майбутнє, стає зрозуміло, що автомобільний двигун і надалі залишатиметься важливою частиною нашого життя
Це двигун, який приводить в рух автомобілі, які возять нас на роботу, в школу та в інші місця.
Але це також нагадування про те, наскільки потужною є людська творчість, наскільки люди охоче пробують щось нове та як багато може зробити людський розум.
Тож наступного разу, коли ви заведете свій автомобіль, подумайте про дивовижну техніку, яка робить усе це можливим, і пам’ятайте, що можливості дійсно безмежні.
Поділіться на…
