Gearhead 101: Auton moottorin toiminnan ymmärtäminen

{h1}


En ole koskaan ollut autopoika. Minulla ei vain ollut kiinnostusta työkalujen asentamiseen konepellin alle selvittääksesi, miten autoni toimii. Paitsi ilmansuodattimien vaihtaminen tai öljyn vaihto silloin tällöin, jos minulla olisi joskus ongelmia autoni kanssa, ottaisin sen vain mekaanikkoon ja kun hän tuli selittämään, mikä oli vialla, nyökkäin kohteliaasti ja teeskelin kuin tiesin, mistä hän puhui.

Mutta viime aikoina minulla on ollut kutinaa oppia tosiasiallisesti autojen toiminnan perusteet. En aio tulla täyteen rasvaa apinoista, mutta haluan saada perustiedot siitä, miten kaikki autossani todella saa sen menemään. Ainakin tämä tieto antaa minulle aavistuksen siitä, mistä mekaanikko puhuu, kun seuraavan kerran otan autoni sisään. Lisäksi minusta näyttää siltä, ​​että miehen pitäisi pystyä ymmärtämään käyttämänsä tekniikan perusteet joka päivä. Kun kyse on tästä verkkosivustosta, tiedän kuinka koodaus ja hakukoneoptimointi toimivat; minun on aika tutkia konkreettisempia asioita maailmassani, kuten mitä autoni konepellin alla on.


Luulen, että siellä on muita aikuisia miehiä, jotka ovat minun kaltaisiani - miehiä, jotka eivät ole autopoikia, mutta ovat hieman uteliaita heidän ajoneuvojensa toiminnasta. Joten aion jakaa oppimani omassa tutkimuksessani ja tehdä töitä satunnaisessa sarjassa, jota kutsumme Gearhead 101: ksi. Tavoitteena on selittää perusteet auton eri osien toiminnalle ja tarjota resursseja missä voit oppia lisää itse.

Joten aloitamme pikemminkin ensimmäisen luokan Gearhead 101: n selittämällä auton sydämen yksityiskohdat: polttomoottori.


Sisäinen polttomoottori

Polttomoottoria kutsutaan ”polttomoottoriksi”, koska polttoaine ja ilma palavat sisällä moottori energian tuottamiseksi mäntien liikuttamiseksi, jotka puolestaan ​​liikuttavat autoa (näytämme sinulle, miten se tapahtuu yksityiskohtaisesti jäljempänä).



Vertaa sitä ulkoiseen polttomoottoriin, jossa polttoainetta poltetaan ulkopuolella moottori ja siitä palamisesta syntynyt energia ovat voimaa. Höyrykoneet ovat paras esimerkki tästä. Kivihiili poltetaan moottorin ulkopuolella, mikä lämmittää vettä höyryn tuottamiseksi, joka sitten käyttää moottoria.


Useimmat ihmiset ajattelevat, että koneellisen liikkeen maailmassa höyrykäyttöiset ulkoiset polttomoottorit tulivat ennen polttolajiketta. Todellisuus on, että polttomoottori oli ensimmäinen. (Kyllä, muinaiset kreikkalaiset sotkivat höyrykäyttöisillä moottoreilla, mutta kokeista ei tullut mitään käytännöllistä.)

Vuonna 16th vuosisadalla keksijät loivat muodon polttomoottorista, joka käytti ruutia polttoaineena mäntien liikkeen tehostamiseksi. Itse asiassa se ei ollut ruuti, joka liikutti heitä. Tämän varhaisen polttomoottorin toiminta oli, että täytit männän sylinterin yläosaan asti ja sytytit sitten ruutin männän alle. Tyhjiö muodostuu räjähdyksen jälkeen ja imee männän alas sylinteriä. Koska tämä moottori luotti ilmanpaineen muutoksiin männän liikuttamiseksi, he kutsuivat sitä ilmakehän moottoriksi. Se ei ollut kovin tehokas. 17 mennessäth vuosisadalla höyrykoneet osoittivat paljon lupauksia, joten polttomoottori hylättiin.


Vasta vuonna 1860 keksitään luotettava, toimiva polttomoottori. Belgialainen kaveri nimeltä Jean Joseph Etienne Lenoir patentoi moottorin, joka ruiskutti maakaasua sylinteriin, jonka syttyi sylinterin lähellä oleva liekki. Se toimi samalla tavoin kuin jauheen ilmakehämoottori, mutta ei liian tehokkaasti.

Tämän työn pohjalta kaksi saksalaista insinööriä nimeltä Nicolaus August Otto ja Eugen Langen perustivat vuonna 1864 yrityksen, joka valmisti Lenoirin mallia vastaavia moottoreita. Otto luopui yrityksen johtamisesta ja aloitti moottorisuunnittelun, jota hän oli leikannut vuodesta 1861 lähtien. Hänen suunnittelunsa johti nykyiseen nelitahtimoottoriin, ja perusrakennetta käytetään edelleen autoissa.


Automoottorin anatomia

Moottorin osakaavio v-8.

V-6-moottori

Näytän sinulle, kuinka nelitahtimoottori toimii täällä vähän, mutta ennen kuin ajattelin, oli hyödyllistä käydä läpi moottorin eri osat, jotta sinulla on käsitys siitä, mitä tapahtuu nelitahtinen prosessi. Kaikissa näissä selityksissä on terminologiaa, joka perustuu muihin luettelon termeihin, joten älä huoli, jos olet aluksi hämmentynyt. Lue koko asia, jotta saat yleisen käsityksen, ja lue se sitten uudelleen, jotta sinulla on perustiedot jokaisesta kappaleesta, kun siitä puhutaan.


Moottorilohko (Sylinterilohko)

Moottorilohko on moottorin perusta. Suurin osa moottorilohkoista on valettu alumiiniseoksesta, mutta jotkut valmistajat käyttävät silti rautaa. Moottorilohkoa kutsutaan myös sylinterilohkoksi integroidun rakenteen valetun suuren reiän tai sylintereiksi kutsuttujen putkien vuoksi. Sylinteri on paikka, jossa moottorin männät liukuvat ylös ja alas. Mitä enemmän sylintereitä moottorissa on, sitä tehokkaampi se on. Sylinterien lisäksi lohkoon on rakennettu muita kanavia ja käytäviä, jotka mahdollistavat öljyn ja jäähdytysnesteen virtaamisen moottorin eri osiin.

Miksi moottoria kutsutaan nimellä “V6” tai “V8”?

Hyvä kysymys! Se liittyy moottorin sylinterien muotoon ja lukumäärään. Nelisylinterisissä moottoreissa sylinterit asennetaan tyypillisesti suoralla linjalla kampiakselin yläpuolelle. Tätä moottorin asettelua kutsutaan rivimoottori.

Toinen nelisylinterinen asettelu on nimeltään 'tasainen neljä'. Tällöin sylinterit asetetaan vaakasuoraan kahteen pankkiin kampiakselin mentäessä keskelle.

Kun moottorissa on enemmän kuin neljä sylinteriä, ne jaetaan kahteen sylinteriryhmään - kolmeen sylinteriin (tai enemmän) per sivu. Sylinterien jakaminen kahteen pankkiin saa moottorin näyttämään ”V.”: ltä. V-muotoinen moottori kuudella sylinterillä = V6-moottori. V-muotoinen moottori, jossa on kahdeksan sylinteriä = V8 - neljä kussakin sylinteriryhmässä.

Palotilan

Taika tapahtuu moottorin polttokammiossa. Siellä polttoaine, ilma, paine ja sähkö muodostavat yhdessä pienen räjähdyksen, joka liikuttaa auton mäntiä ylös ja alas, mikä luo voimaa ajoneuvon liikuttamiseen. Palotila koostuu sylinteristä, männästä ja sylinterinkannesta. Sylinteri toimii polttokammion seinänä, männän yläosa toimii polttokammion lattiana ja sylinterinkansi toimii palotilan katona.

Sylinterikansi

Sylinterikansi on metallikappale, joka istuu moottorin sylinterien päällä. Sylinterinkansioon on valettu pieniä, pyöristettyjä syvennyksiä, jotta kammion yläosaan saadaan tilaa palamista varten. Kannentiiviste tiivistää sylinterikannen ja sylinterilohkon liitoksen. Imu- ja poistoventtiilit, sytytystulpat ja polttoainesuuttimet (nämä osat selitetään myöhemmin) on myös asennettu sylinterinkansioon.

Mäntä

Männät liikkuvat sylinterissä ylös ja alas. Ne näyttävät ylösalaisin keittoastioista. Kun polttoaine syttyy palotilassa, voima työntää männän alaspäin, mikä puolestaan ​​liikuttaa kampiakselia (katso alla). Mäntä kiinnittyy kampiakseliin kiertokangen, nimittäin kartiotangon, kautta. Se kytkeytyy kiertotankoon männän tapin kautta ja kiertotanko kampiakseliin kiertokangen laakerin kautta.

Männän yläosassa on kolme tai neljä metalliin valettua uraa. Urien sisällä männänrenkaat männänrenkaat ovat osa, joka todella koskettaa sylinterin seinämiä. Ne on valmistettu raudasta ja niitä on kahta lajiketta: puristusrenkaat ja öljyrenkaat. Puristusrenkaat ovat ylärenkaita ja ne painavat ulospäin sylinterin seinämiä saadakseen vahvan palotilan tiivisteen. Öljyrengas on männän pohjarengas ja se estää kampikammion öljyä pääsemästä polttokammioon. Se myös pyyhkii ylimääräisen öljyn sylinterin seinämiä pitkin ja takaisin kampikammioon.

Kampiakseli

Kampiakseli muuntaa mäntien ylös ja alas liikkeen pyörimisliikkeeksi, joka antaa auton liikkua. Kampiakseli sopii tyypillisesti pituussuunnassa moottorin lohkoon lähellä pohjaa. Se ulottuu moottorilohkon toisesta päästä toiseen. Moottorin päässä etupuolella kampiakseli yhdistyy kumihihnoihin, jotka kytkeytyvät nokka-akseliin ja toimittavat voimaa auton muihin osiin; moottorin takaosassa nokka-akseli kytkeytyy voimansiirtoon, joka siirtää voiman pyöriin. Kampiakselin kummassakin päässä on öljytiivisteet tai O-renkaat, jotka estävät öljyn vuotamisen moottorista.

Kampiakseli sijaitsee moottorin kampikammiossa. Kampikammio sijaitsee sylinterilohkon alla. Kampikammio suojaa kampiakselia ja kiertokankeja ulkopuolisilta esineiltä. Kampikammion alaosassa olevaa aluetta kutsutaan öljypannuksi ja sinne varastoidaan moottorin öljy. Öljypannun sisällä on öljypumppu, joka pumpaa öljyä suodattimen läpi, ja sitten öljy ruiskutetaan kampiakseliin, kiertokangen laakereihin ja sylinteriseiniin voidellakseen männän iskun liikettä. Öljy tippuu lopulta takaisin öljypohjaan vain aloittaakseen prosessin uudelleen

Kampiakselin varrella on tasapainotusliuskoja, jotka toimivat vastapainona tasapainottamaan kampiakselia ja estämään kampiakselin pyöriessä tapahtuvan heilumisen aiheuttamat moottorivauriot.

Myös kampiakselia pitkin löydät päälaakerit. Päälaakerit tarjoavat sileän pinnan kampiakselin ja moottorilohkon välillä kampiakselin pyörimiseksi.

Nokka-akseli

Nokka-akseli on moottorin aivot. Se toimii yhdessä kampiakselin kanssa hammashihnan kautta varmistaakseen, että imu- ja poistoventtiilit avautuvat ja sulkeutuvat juuri oikeaan aikaan moottorin optimaalisen suorituskyvyn takaamiseksi. Nokka-akseli käyttää munanmuotoisia lohkoja, jotka ulottuvat sen yli säätääkseen venttiilien avaamisen ja sulkemisen ajoitusta.

Useimmat nokka-akselit ulottuvat moottorilohkon yläosan läpi suoraan kampiakselin yläpuolelle. Inline-moottoreissa yksi nokka-akseli ohjaa sekä imu- että poistoventtiilejä. V-muotoisissa moottoreissa käytetään kahta erillistä nokka-akselia. Yksi ohjaa venttiilejä V: n toisella puolella ja toinen venttiilejä vastakkaisella puolella. Joissakin V-muotoisissa moottoreissa (kuten kuvassamme) on jopa kaksi nokka-akselia sylinteripanelia kohti. Yksi nokka-akseli ohjaa venttiilien toista puolta ja toinen nokka-akseli ohjaa toista puolta.

Ajoitusjärjestelmä

Kuten edellä mainittiin, nokka-akseli ja kampiakseli koordinoivat liikkumistaan ​​jakohihnan tai ketjun kautta. Jakoketju pitää kampiakselia ja nokka-akselia samassa suhteessa toisiinsa aina moottorin käytön aikana. Jos nokka-akseli ja kampiakseli eivät synkronoidu jostain syystä (esimerkiksi jakoketju ohittaa hammaspyörän), moottori ei toimi.

Valvetrain

Valvetrain on mekaaninen järjestelmä, joka on asennettu sylinterinkansioon ja joka ohjaa venttiilien toimintaa. Venttiilijärjestelmä koostuu venttiileistä, keinuvarsista, työntötangoista ja nostimista.

Venttiilit

Venttiilejä on kahta tyyppiä: imuventtiilit ja ulostuloventtiilit. Imuventtiilit tuovat ilman ja polttoaineen seoksen polttokammioon palamisen aikaansaamiseksi moottorin virran saamiseksi. Ulostuloventtiilit päästävät palamisen jälkeen syntyvän pakokaasun pois palotilasta.

Autoissa on tyypillisesti yksi imuventtiili ja yksi poistoventtiili sylinteriä kohden. Suurimmalla osalla suorituskykyisistä autoista (Jaguars, Maseratis jne.) On neljä venttiiliä sylinteriä kohden (kaksi sisääntuloa, kaksi ulosmenoa). Vaikka sitä ei pidetä 'korkean suorituskyvyn' tuotemerkkinä, Honda käyttää myös ajoneuvoissaan neljää venttiiliä sylinteriä kohti. On jopa moottoreita, joissa on kolme venttiiliä sylinteriä kohden - kaksi tuloventtiiliä, yksi ulostuloventtiili. Moniventtiilijärjestelmät antavat auton 'hengittää' paremmin, mikä puolestaan ​​parantaa moottorin suorituskykyä.

Keinuvarret

Keinuvarret ovat pieniä vipuja, jotka koskettavat nokka-akselin lohkoja tai nokkoja. Kun lohko nostaa keinun toista päätä, keinun toinen pää painaa alas venttiilin vartta, avaamalla venttiilin päästämään ilmaa palotilaan tai päästämällä pakokaasuja ulos. Se toimii tavallaan kuin saha.

Työntötangot / nostimet

Joskus nokka-akselin lohkot koskettavat keinuvartta suoraan (kuten yläpuolisella nokka-akselimoottorilla näet), mikä avaa ja sulkee venttiilin. Nostoventtiilimoottoreissa nokka-akselin lohkot eivät ole suorassa kosketuksessa keinuvipujen kanssa, joten käytetään työntötankoja tai nostimia.

Polttoainesuuttimet

Mäntien liikuttamiseen tarvittavan palamisen aikaansaamiseksi tarvitsemme polttoainetta sylintereissä. Ennen 1980-lukua autot käyttivät kaasuttimia polttoaineen syöttämiseen polttokammioon. Nykyään kaikki autot käyttävät yhtä kolmesta polttoaineen ruiskutusjärjestelmästä: suora polttoaineen ruiskutus, siirretty polttoaineen ruiskutus tai kaasun rungon polttoaineen ruiskutus.

Suoralla polttoaineen ruiskutuksella jokainen sylinteri saa oman suuttimensa, joka ruiskuttaa polttoainetta suoraan polttokammioon juuri oikeaan aikaan palamiseen.

Polttoaineen ruiskutuksella se ruiskuttaa polttoainetta suoraan sylinteriin sen sijaan, että venttiilin ulkopuolella on imusarja. Kun venttiili avautuu, ilma ja polttoaine pääsevät palotilaan.

Kaasuläpän rungon polttoaineen ruiskutusjärjestelmät toimivat tavallaan samalla tavalla kuin kaasuttimet tekivät, mutta ilman kaasutinta. Sen sijaan, että jokainen sylinteri saisi oman polttoainesuuttimensa, on vain yksi polttoainesuutin, joka menee kuristimen runkoon. Polttoaine sekoittuu kaasun rungossa olevan ilman kanssa ja dispergoidaan sitten sylintereihin imuventtiilien kautta.

Sytytystulppa

Jokaisen sylinterin yläpuolella on sytytystulppa. Kipinöitessään se sytyttää puristetun polttoaineen ja ilman aiheuttaen männän alas työntävän miniräjähdyksen.

Nelitahtinen sykli Nelitahtimoottorikaavio.

Joten nyt kun tiedämme kaikki moottorin perusosat, katsotaanpa liike, joka todella saa automme liikkumaan: nelitahtinen sykli.

Yllä oleva kuva näyttää nelitahtisen syklin yhdessä sylinterissä. Tämä tapahtuu myös muissa sylintereissä. Toista tämä sykli tuhat kertaa minuutissa, ja saat auton, joka liikkuu.

No, sinä menet. Auton moottorin toiminnan perusteet. Mene katsomaan autosi konepellin alle tänään ja katso, pystytkö osoittamaan keskustelemamme osat. Jos haluat lisätietoja auton toiminnasta, tutustu kirjaan Kuinka autot toimivat. Se on auttanut minua paljon tutkimuksessani. Kirjoittaja tekee hienoa työtä hajottaen asiat kielelle, jota jopa aloittelija voi ymmärtää.