Sådan fungerer bilmotorer

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 736
  • 64
Indhold
  1. Forbrænding
  2. Grundlæggende motordele
  3. Motorproblemer
  4. Motorventil tog- og tændingssystemer
  5. Motorkøling, luftindtag og startsystemer
  6. Motorsmøring, brændstof, udstødning og elektriske systemer
  7. Producerer mere motoreffekt
  8. Motorspørgsmål og svar
  9. Hvordan er 4-cylindrede og V6-motorer forskellige?

Princippet bag enhver frem- og tilbagegående forbrændingsmotor: Hvis du lægger en lille mængde brændstof med høj energi-densitet (som benzin) i et lille lukket rum og antænder det, frigives en utrolig mængde energi i form af ekspanderende gas.

Du kan bruge denne energi til interessante formål. For eksempel, hvis du kan oprette en cyklus, der giver dig mulighed for at modregne eksplosioner som denne hundreder af gange pr. Minut, og hvis du kan udnytte den energi på en nyttig måde, er det, du har, kernen i en bilmotor.

Næsten hver bil med en benzinmotor bruger en firetakters forbrændingscyklus at konvertere benzin i bevægelse. Firetaktsmetoden er også kendt som Otto cyklus, til ære for Nikolaus Otto, der opfandt det i 1867. De fire slag er illustreret i figur 1. De er:

  • Indtagelsesslag
  • Kompressionsslag
  • Forbrændingsslag
  • Udstødningslag

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

figur 1

Stemplet er forbundet til krumtapaksel ved en plejlstang. Når krumtapakslen drejer, har den virkningen af ​​"nulstilling af kanonen." Her er hvad der sker, når motoren gennemgår sin cyklus:

  1. Stempelet starter øverst, indtaksventilen åbnes, og stemplet bevæger sig ned for at lade motoren tage en cylinder fuld af luft og benzin. Dette er indtag slagtilfælde. Kun den mindste dråbe benzin skal blandes i luften for at dette kan fungere. (Del 1 af figuren)
  2. Derefter bevæger stemplet sig tilbage op for at komprimere denne brændstof / luft blanding. Compression gør eksplosionen mere kraftfuld. (Del 2 af figuren)
  3. Når stemplet når toppen af ​​sit slag, udsender tændrøret en gnist for at antænde benzin. Benzinopladningen i cylinderen eksploderer, kører stemplet ned. (Del 3 af figuren)
  4. Når stemplet rammer bunden af ​​sit slag, åbnes udstødningsventilen, og udstødning forlader cylinderen for at gå ud af rørledningen. (Del 4 af figuren)

Nu er motoren klar til næste cyklus, så den tager endnu en opladning af luft og gas.

I en motor omdannes stemplernes lineære bevægelse til rotationsbevægelse af krumtapakslen. Rotationsbevægelsen er god, fordi vi alligevel planlægger at dreje (dreje) bilens hjul med det.

Lad os nu se på alle de dele, der arbejder sammen for at få dette til, startende med cylindrene.

Figur 2. Inline: Cylindrene er arrangeret i en linje i en enkelt bank.

Kernen i motoren er cylinderen, hvor stemplet bevæger sig op og ned i cylinderen. Encylindrede motorer er typiske for de fleste græsslåmaskiner, men normalt har biler mere end en cylinder (fire, seks og otte cylindre er almindelige). I en flercylindret motor er cylindrene normalt arrangeret på en af ​​tre måder: inline, V eller flad (også kendt som vandret modsat eller bokser), som vist i figurerne til venstre.

Så den linie fire, vi nævnte i starten, er en motor med fire cylindre arrangeret i en linje. Forskellige konfigurationer har forskellige fordele og ulemper med hensyn til glathed, fremstillingsomkostninger og formegenskaber. Disse fordele og ulemper gør dem mere egnede til visse køretøjer.

Figur 3. V: Cylindrene er arrangeret i to banker indstillet i en vinkel i forhold til hinanden. Figur 4. Flad: Cylindrene er arrangeret i to banker på modsatte sider af motoren.

Lad os se på nogle nøglemotordele mere detaljeret.

Tændrør

Tændrøret leverer gnisten, der antænder luft / brændstofblandingen, så forbrænding kan forekomme. Gnisten skal ske på lige det rigtige tidspunkt for tingene at fungere korrekt.

Ventiler

Indsugnings- og udstødningsventiler åbnes på det rette tidspunkt for at slippe luft og brændstof ind og for at slippe udstødning ud. Bemærk, at begge ventiler er lukket under kompression og forbrænding, så forbrændingskammeret er forseglet.

Stempel

Et stempel er et cylindrisk stykke metal, der bevæger sig op og ned inde i cylinderen.

Stempelringe

Stempelringe tilvejebringer en glidende tætning mellem den ydre kant af stemplet og den indre kant af cylinderen. Ringe tjener to formål:

  • De forhindrer, at brændstof / luftblandingen og udstødningen i forbrændingskammeret lækker ud i sumpen under kompression og forbrænding.
  • De holder olie i sumpen i at lækker ind i forbrændingsområdet, hvor det ville blive brændt og mistet.

De fleste biler, der "brænder olie" og skal tilføjes en kvart hver 1.000 mil, brænder den, fordi motoren er gammel, og ringene ikke længere forsegler ting ordentligt. Mange moderne køretøjer bruger mere forhåndsmateriale til stempelringe. Det er en af ​​grundene til, at motorer holder længere og kan gå længere mellem olieudskiftninger.

Plejlstang

Forbindelsesstangen forbinder stemplet med krumtapakslen. Den kan dreje i begge ender, så dens vinkel kan ændre sig, når stemplet bevæger sig, og krumtapakslen roterer.

krumtapaksel

Krumtapakslen gør stemplets op-og-ned-bevægelse til cirkulær bevægelse, ligesom en krumtap på en donkraft gør.

sump

Sumpen omgiver krumtapakslen. Den indeholder en vis mængde olie, som samles i bunden af ​​sumpen (oliepanden).

Dernæst lærer vi, hvad der kan gå galt med motorer.

Figur 5. Knastakslen

De fleste motordelsystemer kan implementeres ved hjælp af forskellige teknologier, og bedre teknologier kan forbedre motorens ydelse. Lad os se på alle de forskellige undersystemer, der bruges i moderne motorer, begynder med ventiltoget.

Ventil toget består af ventiler og en mekanisme, der åbner og lukker dem. Åbnings- og lukningssystemet kaldes a knastaksel. Knastakslen har lobber på den, der bevæger ventilerne op og ned, som vist i Figur 5.

De fleste moderne motorer har det, der kaldes overliggende cams. Dette betyder, at knastakslen er placeret over ventilerne, som vist i figur 5. Knastene på akslen aktiverer ventilerne direkte eller gennem en meget kort kobling. Ældre motorer brugte en knastaksel placeret i sumpen nær krumtapakslen.

EN timing bælte eller timingkæde forbinder krumtapakslen med knastakslen, så ventilerne er synkroniseret med stemplerne. Knastakslen er gearet til at dreje halvdelen af ​​krumtapakslens hastighed. Mange højtydende motorer har fire ventiler pr. Cylinder (to til indtag, to til udstødning), og dette arrangement kræver to knastaksler pr. Cylinderbank, og derfor udtrykket "dobbelt overliggende kam."

Dette indhold er ikke kompatibelt på denne enhed.

Figur 6. Tændingssystemet

Det tændingssystem (Figur 6) producerer en højspændingselektrisk ladning og overfører den til tændrørene via tændingsledninger. Ladningen flyder først til a distributør, som du nemt kan finde under hætten på de fleste biler. Distributøren har en ledning i midten og fire, seks eller otte ledninger (afhængigt af antallet af cylindre), der kommer ud af det. Disse tændingsledninger send afgiften til hvert tændrør. Motoren er tidsindstillet, så kun en cylinder modtager en gnist fra distributøren ad gangen. Denne tilgang giver maksimal glat.

Vi ser på, hvordan din bils motor starter, afkøles og cirkulerer luft i det næste afsnit.

Dette diagram viser detaljer om, hvordan et kølesystem og VVS er forbundet.

Det kølesystem i de fleste biler består af radiator og vandpumpe. Vand cirkulerer gennem passager omkring cylindrene og bevæger sig derefter gennem radiatoren for at afkøle det. I nogle få biler (navnlig Volkswagen Beetles før 1999) såvel som i de fleste motorcykler og græsslåmaskiner er motoren i stedet luftkølet (Du kan fortælle en luftkølet motor ved finnerne, der pryder ydersiden af ​​hver cylinder for at hjælpe sprede varmen.) Luftkøling gør motoren lettere, men varmere, hvilket generelt reducerer motorens levetid og den samlede ydelse.

Så nu ved du hvordan og hvorfor din motor forbliver kølig. Men hvorfor er luftcirkulation så vigtig? De fleste biler er normalt aspireret, hvilket betyder, at luft strømmer gennem et luftfilter og direkte ind i cylindrene. Højtydende og moderne brændstofeffektive motorer er enten turboladet eller kompressor, hvilket betyder, at luft, der kommer ind i motoren, først tryksættes (så der kan skubbes mere luft / brændstofblanding ind i hver cylinder) for at øge ydelsen. Mængden af ​​tryksætning kaldes løft. En turbolader bruger en lille turbin, der er fastgjort til udstødningsrøret til at dreje en komprimerende turbin i den indkommende luftstrøm. En supercharger er tilsluttet direkte til motoren for at dreje kompressoren.

Da turboladeren genbruger varm udstødning til at dreje turbinen og komprimere luften, øger den effekten fra mindre motorer. Så en brændstofsippende firecylinder kan se hestekræfter, som du måske forventer, at en seks-cylindret motor slukkes, mens du får 10 til 30 procent bedre brændstoføkonomi.

At øge din motors ydeevne er stor, men hvad sker der nøjagtigt, når du drejer nøglen for at starte den? Det startsystem består af en elektrisk startmotor og en starter solenoid. Når du drejer på tændingsnøglen, drejer startmotoren motoren et par omdrejninger, så forbrændingsprocessen kan starte. Det kræver en kraftfuld motor at dreje en kold motor. Startmotoren skal overvinde:

  • Al den indre friktion forårsaget af stempelringene
  • Komprimeringstrykket på enhver cylinder (er), der tilfældigvis befinder sig i kompressionsslaget
  • Den nødvendige energi til at åbne og lukke ventiler med knastakslen
  • Alle de andre ting, der er direkte knyttet til motoren, som vandpumpe, oliepumpe, generator, osv.

Fordi der kræves så meget energi, og fordi en bil bruger et 12-volt elektrisk system, skal hundreder af ampere med strøm strømme ind i startmotoren. Startsolenoiden er i det væsentlige en stor elektronisk switch, der kan håndtere så meget strøm. Når du drejer på tændingsnøglen, aktiveres den magnetventilen til at drive motoren.

Dernæst skal vi se på motordelsystemerne, der vedligeholder det, der går ind (olie og brændstof), og hvad der kommer ud (udstødning og emissioner).

Udstødningssystemet i din bil inkluderer udstødningsrøret og lyddæmperen. Marin Tomas / Getty Images

Når det kommer til den daglige bilvedligeholdelse, er din første bekymring sandsynligvis mængden af ​​gas i din bil. Hvordan fungerer gas, som du sætter cylindrene i kraft? Motorens brændstofsystem pumper gas fra gasstanken og blander den med luft, så den rette luft / brændstofblanding kan strømme ind i cylindrene. Brændstof leveres i moderne køretøjer på to almindelige måder: portbrændstofindsprøjtning og direkte brændstofindsprøjtning.

I en brændstofindsprøjtet motor indsprøjtes den rigtige mængde brændstof individuelt i hver cylinder, enten lige over indtagsventilen (portbrændstofindsprøjtning) eller direkte i cylinderen (direkte brændstofindsprøjtning). Ældre køretøjer blev karbureret, hvor gas og luft blev blandet af en karburator, da luften løb ind i motoren.

Olie spiller også en vigtig rolle. Det smøring systemet sørger for, at hver bevægelig del i motoren får olie, så den let kan bevæge sig. De to hoveddele, der har brug for olie, er stemplerne (så de let kan glide i deres cylindre) og eventuelle lejer, der gør det muligt for ting som krumtapakslen og knastakslen at rotere frit. I de fleste biler suges olie ud af oliepanden af ​​oliepumpen, køres gennem oliefilteret for at fjerne eventuelt korn og sprøjtes derefter under højt tryk på lejer og cylindervægge. Olien siver derefter ned i sumpen, hvor den opsamles igen, og cyklussen gentages.

Nu hvor du ved om nogle af de ting, du lægger i din bil, lad os se på nogle af de ting, der kommer ud af den. Det udstødningssystem inkluderer udstødningsrøret og lyddæmperen. Uden lydpotte er det, du ville høre, lyden af ​​tusinder af små eksplosioner, der kommer ud af din rør. En lyddæmper dæmper lyden.

Det emissionskontrolsystem i moderne biler består af en katalysator, en samling sensorer og aktuatorer og en computer til at overvåge og justere alt. F.eks. Bruger den katalytiske omformer en katalysator og ilt til at afbrænde alt ubrugt brændstof og visse andre kemikalier i udstødningen. En iltføler i udstødningsstrømmen sørger for, at der er nok ilt til rådighed til, at katalysatoren kan fungere, og justerer tingene, hvis det er nødvendigt.

Hvad ellers styrer din bil udover gas? Det elektriske system består af en batteri og en generator. Generatoren er forbundet til motoren ved hjælp af et bælte og genererer elektricitet til at genoplade batteriet. Batteriet stiller 12-volt strøm til rådighed for alt i bilen, der har brug for elektricitet (tændingssystemet, radio, forlygter, forrude, vinduesviskere, elektriske vinduer og sæder, computere osv.) Gennem bilens ledninger.

Nu hvor du ved alt om de vigtigste motorundersystemer, lad os se på måder, du kan øge motorens ydelse på.

Tilføjelse af en turbolader til en bils motor kan hjælpe med at øge den samlede effekt og ydeevne. Monty Rakusen / Getty Images

Ved hjælp af alle disse oplysninger kan du begynde at se, at der er mange forskellige måder at få en motor til at yde bedre. Bilproducenter spiller konstant med alle de følgende variabler for at gøre en motor mere kraftfuld og / eller mere brændstofeffektiv.

Forøg forskydningen: Mere forskydning betyder mere kraft, fordi du kan forbrænde mere gas under hver omdrejning af motoren. Du kan øge forskydningen ved at gøre cylindrene større eller ved at tilføje flere cylindre. Tolv cylindre ser ud til at være den praktiske grænse.

Forøg kompressionsforholdet: Højere komprimeringsforhold producerer mere kraft op til et punkt. Jo mere du komprimerer luft / brændstofblandingen, desto mere sandsynligt er det spontant at briste i flamme (før tændrøret tænder det). Benzin med højere oktan forhindrer denne form for tidlig forbrænding. Derfor har biler med høj ydeevne generelt brug for højoktan-benzin - deres motorer bruger højere kompressionsforhold for at få mere kraft.

Stik mere ind i hver cylinder: Hvis du kan presse mere luft (og derfor brændstof) i en cylinder i en given størrelse, kan du få mere energi fra cylinderen (på samme måde som du ville gøre ved at øge cylindernens størrelse) uden at øge det krævede brændstof til forbrænding . Turboladere og superladere sætter tryk på den indkommende luft for effektivt at presse mere luft ned i en cylinder.

Afkøl den indkommende luft: Komprimerende luft hæver sin temperatur. Du vil dog gerne have den koldeste luft muligt i cylinderen, fordi jo varmere luften er, jo mindre vil den ekspandere, når forbrænding finder sted. Derfor har mange turboladede og superladede biler en intercooler. En intercooler er en speciel radiator, gennem hvilken trykluften passerer for at afkøle den, inden den kommer ind i cylinderen.

Lad luft komme lettere ind: Når et stempel bevæger sig ned i indsugningsslaget, kan luftmodstand berøve strøm fra motoren. Luftmodstand kan mindskes dramatisk ved at sætte to indtaksventiler i hver cylinder. Nogle nyere biler bruger også polerede indgangsmanifolde for at eliminere luftmotstand der. Større luftfiltre kan også forbedre luftstrømmen.

Lad udstødningen lettere gå ud: Hvis luftmodstand gør det svært for udstødningen at forlade en cylinder, frarøver den motoren magt. Luftmodstand kan mindskes ved at tilføje en anden udstødningsventil til hver cylinder. En bil med to indtag og to udstødningsventiler har fire ventiler pr. Cylinder, hvilket forbedrer ydelsen. Når du hører en bilannonce fortælle dig, at bilen har fire cylindre og 16 ventiler, siger annoncen, at motoren har fire ventiler pr. Cylinder.

Hvis udstødningsrøret er for lille, eller lyddæmperen har meget luftmodstand, kan dette forårsage modtryk, som har samme virkning. Højtydende udstødningssystemer bruger overskrifter, store halerør og fritflydende lyddæmpere til at eliminere modtryk i udstødningssystemet. Når du hører, at en bil har "dobbelt udstødning", er målet at forbedre udstødningsstrømmen ved at have to udstødningsrør i stedet for en.

Gør alt lettere: Letvægtsdele hjælper motoren med at yde bedre. Hver gang et stempel skifter retning, bruger det energi til at stoppe kørslen i en retning og starte den i en anden. Jo lettere stemplet er, jo mindre energi tager det. Dette resulterer i bedre brændstofeffektivitet samt bedre ydelse.

Injektion brændstof: Brændstofinjektion tillader meget præcis måling af brændstof til hver cylinder. Dette forbedrer ydelsen og brændstoføkonomien.

I de næste sektioner besvarer vi nogle almindelige motorrelaterede spørgsmål, der er indsendt af læserne.

Her er et sæt motorrelaterede spørgsmål fra læsere og deres svar:

  • Hvad er forskellen mellem en benzinmotor og en dieselmotor? I en dieselmotor er der ingen tændrør. I stedet indsprøjtes dieselbrændstof i cylinderen, og varmen og trykket fra kompressionsslaget får brændstoffet til at antænde. Dieselbrændstof har en højere energitæthed end benzin, så en dieselmotor får bedre kilometertal. Se Sådan fungerer dieselmotorer for at få flere oplysninger.
  • Hvad er forskellen mellem en totaktsmotor og en firetaktsmotor? De fleste kædesave og bådmotorer bruger totaktsmotorer. En totaktsmotor har ingen bevægelige ventiler, og tændrøret tændes hver gang stemplet rammer toppen af ​​sin cyklus. Et hul i den nedre del af cylindervæggen slipper gas og luft ind. Når stemplet bevæger sig op, komprimeres det, tændrøret antænder forbrænding, og udstødningen går gennem et andet hul i cylinderen. Du skal blande olie ind i gassen i en totaktsmotor, fordi hullerne i cylindervæggen forhindrer brugen af ​​ringe til at forsegle forbrændingskammeret. Generelt producerer en totaktsmotor meget kraft for sin størrelse, fordi der er dobbelt så mange forbrændingscyklusser, der forekommer pr. Rotation. En totaktsmotor bruger dog mere benzin og forbrænder masser af olie, så den er langt mere forurenende. Se Sådan fungerer to-taktsmotorer for mere information.
  • Du nævnte dampmaskiner i denne artikel - er der nogen fordele ved dampmaskiner og andre eksterne forbrændingsmotorer? Den største fordel ved en dampmotor er, at du kan bruge alt, hvad der brænder som brændstof. For eksempel kan en dampmaskine bruge kul, avis eller træ til brændstoffet, mens en forbrændingsmotor har brug for rent, flydende eller gasformigt brændstof af høj kvalitet. Se Sådan fungerer dampmotorer for mere information.
  • Hvorfor har otte cylindre i en motor? Hvorfor ikke have en stor cylinder med samme forskydning af de otte cylindre i stedet? Der er et par grunde til, at en stor 4,0-liters motor har otte halvliters cylindre i stedet for en stor 4-liters cylinder. Hovedårsagen er glathed. En V-8-motor er meget glattere, fordi den har otte jævnt fordelt eksplosioner i stedet for en stor eksplosion. En anden grund er startmoment. Når du starter en V-8-motor, kører du kun to cylindre (1 liter) gennem deres kompressionsslag, men med en stor cylinder skulle du i stedet komprimere 4 liter.
Fusion V6 Sport 2017 leveres som standard med en 2,7-liters EcoBoost-motor med 380 lb.-ft. drejningsmoment og 325 hk. Ford

Antallet af cylindre, som en motor indeholder, er en vigtig faktor i motorens samlede ydelse. Hver cylinder indeholder et stempel, der pumper inde i det, og disse stempler forbindes til og drejer krumtapakslen. Jo flere stempler der pumpes, jo mere forbrændende begivenheder finder sted i et givet øjeblik. Det betyder, at der kan genereres mere strøm på kortere tid.

Fire-cylindrede motorer kommer ofte i "lige" eller "inline" -konfigurationer, mens 6-cylindrede motorer normalt er konfigureret i den mere kompakte "V" -form, og derfor benævnes V6-motorer. V6-motorer var den valgte motor for amerikanske bilproducenter, fordi de er kraftfulde og støjsvage, men turboladeteknologier har gjort fire-cylindrede motorer mere kraftfulde og attraktive for købere.

Historisk set vendte amerikanske bilforbrugere næsen op på fire-cylindrede motorer, idet de troede, at de var langsomme, svage, ubalancerede og med korte accelerationer. Da japanske bilproducenter, såsom Honda og Toyota, begyndte at installere meget effektive firecylindrede motorer i deres biler i 1980'erne og 90'erne, fandt amerikanerne en ny forståelse for den kompakte motor. Japanske modeller, såsom Toyota Camry, begyndte hurtigt at outselling af sammenlignelige amerikanske modeller

Moderne fircylindrede motorer bruger lettere materialer og turboladeteknologi, ligesom Fords EcoBoost-motor, til at eke V-6-ydelse fra mere effektive fircylindrede motorer. Avanceret aerodynamik og teknologier, såsom dem, der bruges af Mazda i dens SKYACTIV-design, lægger mindre stress på disse mindre turboladede motorer, hvilket yderligere øger deres effektivitet og ydelse.

Hvad angår V6's fremtid, er forskellen mellem fircylindrede og V6-motorer i de senere år mindsket betydeligt. Men V-6-motorer har stadig deres anvendelser og ikke kun i ydelsesbiler. Lastbiler, der bruges til at trække trailere eller kørebelastninger, kræver en V-6 for at få disse job udført. Strøm i disse tilfælde er vigtigere end effektivitet.

Sidste redaktionelle opdatering den 16. august 2018 04:15:43 pm.

relaterede artikler

  • Sådan fungerer dieselmotorer
  • Sådan fungerer to-taktsmotorer Diesel
  • Sådan fungerer manuelle transmissioner
  • Sådan fungerer turboladere
  • Sådan fungerer brændstofindsprøjtningssystemer

Flere gode links

  • Synlige modelmotorsæt
  • Animerede motorer
  • Erbmans Engine Emporium

Kilder

  • Associeret presse. "Forbrugere, der flytter til 4-cylindermotorer midt i høje gaspriser." 10. juli 2007. http://www.foxnews.com/story/0,2933,288644,00.html
  • Collins, Dan. "Hvordan fungerer bilmotorer?" http://www.carbibles.com/fuel_engine_bible.html
  • Ofria, Charles. "Et kort kursus i bilmotorer." http://www.familycar.com/engine.htm



Endnu ingen kommentarer

De mest interessante artikler om hemmeligheder og opdagelser. Masser af nyttige oplysninger om alt
Artikler om videnskab, rum, teknologi, sundhed, miljø, kultur og historie. Forklare tusinder af emner, så du ved, hvordan alt fungerer