Už jste někdy otevřeli kapotu svého auta a přemýšleli, co se tam děje? Motor auta může pro nezasvěcené vypadat jako velká matoucí změť kovu, trubek a drátů.
Možná budete chtít vědět, co se děje, jednoduše ze zvědavosti. Nebo možná kupujete nové auto a slyšíte věci jako „2,5litrový sklon čtyři“ a „turbocharged“ a „technologie start/stop“. Co to všechno znamená?
V tomto článku probereme základní myšlenku motoru a poté podrobně probereme, jak do sebe všechny části zapadají, co se může pokazit a jak zvýšit výkon.
Účelem benzinového motoru automobilu je převést benzin do pohybu, aby se vaše auto mohlo pohybovat. V současnosti je nejsnazší způsob, jak vytvořit pohyb z benzínu, spálit benzín uvnitř motoru. Automobilový motor je tedy motor s vnitřním spalováním — spalování probíhá interně.
Dvě věci k poznámce:
Podívejme se na proces vnitřního spalování podrobněji v další části.
Obsah
Princip každého pístového spalovacího motoru:Pokud vložíte nepatrné množství paliva s vysokou energetickou hustotou (jako je benzín) do malého uzavřeného prostoru a zapálíte jej, uvolní se neuvěřitelné množství energie ve formě expandujícího plynu.
Tuto energii můžete využít k zajímavým účelům. Pokud například dokážete vytvořit cyklus, který vám umožní spouštět podobné výbuchy stokrát za minutu, a pokud dokážete tuto energii využít užitečným způsobem, máte jádro motoru automobilu.
Téměř každé auto s benzínovým motorem využívá čtyřtaktní spalovací cyklus převést benzín do pohybu. Čtyřtaktní přístup je také známý jako Ottoův cyklus , na počest Nikolause Otta, který jej vynalezl v roce 1867. Čtyři tahy jsou znázorněny v animaci . Jsou to:
Píst je připojen ke klikové hřídeli ojnicí . Jak se klikový hřídel otáčí, má za následek „resetování děla“. Zde je to, co se stane, když motor prochází svým cyklem:
Nyní je motor připraven na další cyklus, takže nasává další dávku vzduchu a plynu.
V motoru je lineární pohyb pístů převáděn na rotační pohyb klikovým hřídelem. Rotační pohyb je fajn, protože s ním stejně plánujeme otáčet (otáčet) kola auta.
Nyní se podívejme na všechny části, které spolupracují, aby se to stalo, počínaje válci.
Jádrem motoru je válec, jehož píst se uvnitř válce pohybuje nahoru a dolů. Jednoválcové motory jsou typické pro většinu sekaček na trávu, ale auta mají obvykle více než jeden válec (běžné jsou čtyři, šest a osm válců). U víceválcového motoru jsou válce obvykle uspořádány jedním ze tří způsobů:řadový , V nebo ploché (také známý jako horizontálně protilehlý nebo boxer), jak je znázorněno na obrázcích vlevo.
Takže ta řadová čtyřka, kterou jsme zmínili na začátku, je motor se čtyřmi válci uspořádanými v řadě. Různé konfigurace mají různé výhody a nevýhody, pokud jde o hladkost, výrobní náklady a tvarové charakteristiky. Tyto výhody a nevýhody je činí vhodnějšími pro určitá vozidla.
Podívejme se na některé klíčové části motoru podrobněji.
Zapalovací svíčka dodává jiskru, která zapálí směs vzduchu a paliva, takže může dojít ke spalování. Jiskra musí nastat ve správný okamžik, aby věci fungovaly správně.
Sací a výfukové ventily se otevírají ve správný čas, aby vpustily vzduch a palivo a vypustily výfuk. Všimněte si, že oba ventily jsou během komprese a spalování uzavřeny, takže spalovací komora je utěsněná.
Píst je válcový kus kovu, který se pohybuje nahoru a dolů uvnitř válce.
Pístní kroužky zajišťují kluzné těsnění mezi vnějším okrajem pístu a vnitřním okrajem válce. Kroužky slouží ke dvěma účelům:
Většina aut, která „spalují olej“ a musí se do nich každých 1 000 mil přidávat litr, ho spalují, protože motor je starý a kroužky už netěsní správně. Mnoho moderních vozidel používá pro pístní kroužky pokročilejší materiály. To je jeden z důvodů, proč motory vydrží déle a mohou být delší mezi výměnami oleje.
Ojnice spojuje píst s klikovým hřídelem. Může se otáčet na obou koncích, takže se jeho úhel může měnit při pohybu pístu a otáčení klikového hřídele.
Klikový hřídel převádí pohyb pístu nahoru a dolů na kruhový pohyb, stejně jako to dělá klika na zvedáku.
Jímka obklopuje klikový hřídel. Obsahuje určité množství oleje, které se shromažďuje na dně jímky (olejové vany).
Dále se naučíme, co se s motory může pokazit.
Jednoho rána tedy vyjedete a motor se vám přetočí, ale nenastartuje. Co by mohlo být špatně? Nyní, když víte, jak motor funguje, můžete pochopit základní věci, které mohou zabránit motoru v chodu.
Mohou se stát tři základní věci:špatná směs paliva, nedostatek komprese nebo nedostatek jiskry. Kromě toho mohou tisíce drobných věcí způsobit problémy, ale toto jsou „velké tři“. Na základě jednoduchého motoru, o kterém jsme diskutovali, zde je rychlý přehled toho, jak tyto problémy ovlivňují váš motor:
Špatná palivová směs může nastat několika způsoby:
Nedostatek komprese: Pokud nelze náplň vzduchu a paliva správně stlačit, spalovací proces nebude fungovat tak, jak by měl. Nedostatek komprese může nastat z těchto důvodů:
Nejběžnější "díra" ve válci se vyskytuje tam, kde je horní část válce (držící ventily a zapalovací svíčku a také známá jako hlava válce ) se připevňuje k samotnému válci. Obecně platí, že válec a hlava válců jsou spolu s tenkým těsněním vtlačeny mezi ně, aby bylo zajištěno dobré utěsnění. Pokud se těsnění rozbije, vytvoří se mezi válcem a hlavou válců malé otvory, které způsobují netěsnosti.
Nedostatek jiskry: Jiskra nemusí existovat nebo je slabá z několika důvodů:
Mnoho dalších věcí se může pokazit. Například:
Ve správně běžícím motoru všechny tyto faktory fungují dobře. Dokonalost není nutná k tomu, aby motor běžel, ale pravděpodobně si všimnete, když věci nejsou dokonalé.
Jak vidíte, motor má řadu systémů, které mu pomáhají při přeměně paliva na pohyb. V několika následujících částech se podíváme na různé podsystémy používané v motorech.
Většinu podsystémů motoru lze implementovat pomocí různých technologií a lepší technologie mohou zlepšit výkon motoru. Podívejme se na všechny různé subsystémy používané v moderních motorech, počínaje ventilovým rozvodem.
Ventilový rozvod se skládá z ventilů a mechanismu, který je otevírá a zavírá. Systém otevírání a zavírání se nazývá vačkový hřídel . Vačkový hřídel má na sobě laloky, které pohybují ventily nahoru a dolů, jak je znázorněno na obrázku 5 .
Většina moderních motorů má takzvané hlavní vačky . To znamená, že vačkový hřídel je umístěn nad ventily, jak je znázorněno na obrázku 5. Vačky na hřídeli aktivují ventily přímo nebo prostřednictvím velmi krátkého spojení. Starší motory používaly vačkový hřídel umístěný ve vaně poblíž klikového hřídele.
Rozvodový řemen nebo rozvodový řetěz spojuje klikový hřídel s vačkovým hřídelem, takže ventily jsou synchronizované s písty. Vačkový hřídel je zpřevodován tak, aby se otáčel poloviční rychlostí než klikový hřídel. Mnoho vysoce výkonných motorů má čtyři ventily na válec (dva pro sání, dva pro výfuk) a toto uspořádání vyžaduje dva vačkové hřídele na každou řadu válců, proto se používá fráze "duální vačky nad hlavou."
systém zapalování (Obrázek 6) vytváří vysokonapěťový elektrický náboj a přenáší jej do zapalovacích svíček prostřednictvím zapalovacích drátů . Poplatek nejprve proudí k distributorovi , kterou snadno najdete pod kapotou většiny aut. Rozdělovač má jeden drát uprostřed a čtyři, šest nebo osm drátů (v závislosti na počtu válců) z něj vycházejí. Tyto zapalovací dráty pošlete náboj do každé zapalovací svíčky. Motor je načasován tak, že jiskru z rozdělovače dostává vždy jen jeden válec. Tento přístup poskytuje maximální hladkost.
V další části se podíváme na to, jak motor vašeho auta startuje, chladí a cirkuluje vzduch.
Chladicí systém ve většině automobilů se skládá z chladiče a vodní pumpy. Voda cirkuluje průchody kolem válců a poté prochází chladičem, aby se ochladila. V několika autech (zejména Volkswagen Beetles z doby před rokem 1999), stejně jako u většiny motocyklů a sekaček na trávu, je motor místo toho chlazený vzduchem (vzduchem chlazený motor poznáte podle žeber na vnější straně každého válce odvádět teplo.). Chlazení vzduchem činí motor lehčím, ale zahříváním, což obecně snižuje životnost motoru a celkový výkon.
Nyní tedy víte, jak a proč váš motor zůstává chladný. Proč je ale cirkulace vzduchu tak důležitá? Většina vozů má normální sání , což znamená, že vzduch proudí přes vzduchový filtr a přímo do válců. Vysoce výkonné a moderní motory s nízkou spotřebou paliva jsou buď přeplňované turbem nebo přeplňované , což znamená, že vzduch přicházející do motoru je nejprve stlačen (takže do každého válce může být vtlačeno více směsi vzduchu a paliva), aby se zvýšil výkon. Velikost natlakování se nazývá posílení . Turbodmychadlo využívá malou turbínu připojenou k výfukovému potrubí k roztočení kompresní turbíny v příchozím proudu vzduchu. Přímo k motoru je připojen kompresor, který roztáčí kompresor.
Protože turbodmychadlo znovu využívá horké výfukové plyny k roztočení turbíny a stlačování vzduchu, zvyšuje výkon menších motorů. Takže čtyřválec, který usrkává palivo, může mít výkon, který byste mohli očekávat od šestiválcového motoru, a přitom dosáhnout o 10 až 30 procent nižší spotřeby paliva.
Zvýšení výkonu motoru je skvělé, ale co přesně se stane, když jej nastartujete otočením klíčku? Spouštěcí systém sestává z elektrického startéru a elektromagnetického startéru . Když otočíte klíčkem zapalování, startér roztočí motor o několik otáček, aby mohl začít spalovací proces. K roztočení studeného motoru je zapotřebí výkonný motor. Startér musí překonat:
Protože je potřeba tolik energie a protože auto používá 12voltový elektrický systém, musí do startéru proudit stovky ampérů elektřiny. Solenoid startéru je v podstatě velký elektronický spínač, který zvládne tolik proudu. Když otočíte klíčkem zapalování, aktivuje se solenoid pro napájení motoru.
Dále se podíváme na podsystémy motoru, které udržují to, co jde dovnitř (olej a palivo) a co vychází (výfukové plyny a emise).
Pokud jde o každodenní údržbu vozu, vaše první starost je pravděpodobně množství plynu ve vašem autě. Jak plyn, který dáte do motoru, pohání válce? Palivový systém motoru čerpá plyn z plynové nádrže a míchá jej se vzduchem tak, aby do válců mohla proudit správná směs vzduchu a paliva. Palivo je v moderních vozidlech dodáváno dvěma běžnými způsoby:vstřikováním paliva portem a přímým vstřikováním paliva.
U motoru se vstřikováním paliva je správné množství paliva vstřikováno jednotlivě do každého válce buď přímo nad sacím ventilem (vstřikování paliva portem) nebo přímo do válce (přímé vstřikování paliva). Starší vozidla byla karburována, kde se plyn a vzduch mísily karburátorem, když vzduch proudil do motoru.
Ropa hraje také důležitou roli. mazání systém zajišťuje, že každá pohyblivá část v motoru dostane olej, takže se může snadno pohybovat. Dvě hlavní části, které potřebují olej, jsou písty (takže mohou snadno klouzat ve válcích) a jakákoli ložiska, která umožňují, aby se věci jako klikový hřídel a vačkové hřídele mohly volně otáčet. U většiny automobilů je olej nasáván z olejové vany olejovým čerpadlem, prochází olejovým filtrem, aby se odstranily veškeré nečistoty, a poté je pod vysokým tlakem vystřikován na ložiska a stěny válců. Olej poté stéká dolů do jímky, kde se znovu shromažďuje a cyklus se opakuje.
Nyní, když víte o některých věcech, které jste vložili do vaše auto, pojďme se podívat na některé věci, které z něj vycházejí. Výfukový systém obsahuje výfukové potrubí a tlumič. Bez tlumiče byste slyšeli zvuk tisíců malých výbuchů vycházejících z vašeho výfuku. Zvuk tlumí tlumič.
systém kontroly emisí v moderních autech se skládá z katalyzátoru , sbírku senzorů a akčních členů a počítač, který vše monitoruje a upravuje. Katalyzátor například využívá katalyzátor a kyslík ke spálení veškerého nevyužitého paliva a některých dalších chemikálií ve výfukových plynech. Kyslíkový senzor ve výfukovém proudu zajišťuje dostatek kyslíku, aby katalyzátor fungoval, a v případě potřeby vše upraví.
Co jiného kromě plynu pohání vaše auto? Elektrický systém se skládá z baterie a alternátor . Alternátor je připojen k motoru řemenem a vyrábí elektřinu pro dobíjení baterie. Baterie zpřístupňuje 12voltové napájení všemu v autě, které potřebuje elektřinu (systém zapalování, rádio, světlomety, stěrače čelního skla, elektricky ovládaná okna a sedadla, počítače atd.) prostřednictvím kabeláže vozidla.
Nyní, když víte vše o hlavních podsystémech motoru, pojďme se podívat na způsoby, jak můžete zvýšit výkon motoru.
Pomocí všech těchto informací můžete začít vidět, že existuje mnoho různých způsobů, jak zlepšit výkon motoru. Výrobci automobilů si neustále hrají se všemi následujícími proměnnými, aby byl motor výkonnější a/nebo úspornější.
Zvětšit výtlak: Větší zdvihový objem znamená větší výkon, protože můžete spálit více plynu během každé otáčky motoru. Zdvihový objem můžete zvýšit zvětšením válců nebo přidáním více válců. Dvanáct válců se zdá být praktickým limitem.
Zvýšení kompresního poměru: Vyšší kompresní poměry produkují více energie, až do určité míry. Čím více však směs vzduch/palivo stlačujete, tím je pravděpodobnější, že samovolně vzplane (než ji zapálí zapalovací svíčka). Benziny s vyšším oktanovým číslem zabraňují tomuto druhu předčasného spalování. To je důvod, proč vysoce výkonná auta obecně potřebují vysokooktanový benzín – jejich motory používají vyšší kompresní poměry, aby získaly větší výkon.
Naplňte do každého válce více: Pokud dokážete nacpat více vzduchu (a tedy paliva) do válce dané velikosti, můžete z válce získat více energie (stejným způsobem, jako byste zvětšili velikost válce), aniž byste zvýšili palivo potřebné pro spalování. . Turbodmychadla a kompresory stlačují přiváděný vzduch, aby efektivně nacpali více vzduchu do válce.
Ochlaďte přiváděný vzduch: Stlačení vzduchu zvyšuje jeho teplotu. Chtěli byste však mít ve válci co nejchladnější vzduch, protože čím je vzduch teplejší, tím méně se bude při spalování roztahovat. Proto má mnoho přeplňovaných a přeplňovaných vozů mezichladič . Intercooler je speciální chladič, kterým prochází stlačený vzduch, aby jej ochlazoval předtím, než vstoupí do válce.
Umožněte snadnější vstup vzduchu: Když se píst při sacím zdvihu pohybuje dolů, odpor vzduchu může obírat výkon motoru. Odpor vzduchu lze dramaticky snížit umístěním dvou sacích ventilů do každého válce. Některá novější auta také používají leštěné sací potrubí k odstranění odporu vzduchu tam. Větší vzduchové filtry mohou také zlepšit proudění vzduchu.
Nechte výfuk snáze odcházet: Pokud odpor vzduchu ztěžuje výstup výfukových plynů z válce, obírá motor o výkon. Odpor vzduchu lze snížit přidáním druhého výfukového ventilu do každého válce. Auto se dvěma sacími a dvěma výfukovými ventily má čtyři ventily na válec, což zlepšuje výkon. Když uslyšíte reklamu na auto, která vám říká, že auto má čtyři válce a 16 ventilů, reklama říká, že motor má čtyři ventily na válec.
Pokud je výfukové potrubí příliš malé nebo má tlumič velký odpor vzduchu, může to způsobit protitlak, který má stejný účinek. Vysoce výkonné výfukové systémy využívají sběrače, velké koncovky výfuku a volně proudící tlumiče k eliminaci zpětného tlaku ve výfukovém systému. Když uslyšíte, že auto má „duální výfuk“, cílem je zlepšit proudění výfukových plynů tím, že budete mít dvě výfukové trubky místo jedné.
Udělejte vše lehčí: Lehké díly pomáhají motoru k lepšímu výkonu. Pokaždé, když píst změní směr, spotřebuje energii k zastavení pohybu v jednom směru a jeho spuštění v jiném. Čím je píst lehčí, tím méně energie spotřebuje. Výsledkem je lepší spotřeba paliva a lepší výkon.
Vstříkněte palivo: Vstřikování paliva umožňuje velmi přesné dávkování paliva do každého válce. To zlepšuje výkon a spotřebu paliva.
V dalších částech odpovíme na některé běžné dotazy čtenářů související s motorem.
Zde je sada otázek čtenářů souvisejících s motorem a jejich odpovědi:
Počet válců, které motor obsahuje, je důležitým faktorem pro celkový výkon motoru. Každý válec obsahuje píst, který v něm pumpuje a tyto písty se připojují ke klikovému hřídeli a otáčejí ho. Čím více pístů čerpá, tím hořlavější události se odehrávají v daném okamžiku. To znamená, že lze vyrobit více energie za kratší dobu.
Čtyřválcové motory se běžně dodávají v „rovných“ nebo „řadových“ konfiguracích, zatímco 6válcové motory jsou obvykle konfigurovány do kompaktnějšího tvaru „V“, a proto se označují jako motory V6. Motory V6 byly pro americké automobilky preferovaným motorem, protože jsou výkonné a tiché, ale díky technologiím přeplňování jsou čtyřválcové motory výkonnější a atraktivnější pro zákazníky.
Historicky američtí spotřebitelé automobilů ohrnovali nos nad čtyřválcovými motory a věřili, že jsou pomalé, slabé, nevyvážené a mají krátké zrychlení. Když však japonští výrobci automobilů, jako jsou Honda a Toyota, začali v 80. a 90. letech instalovat do svých vozů vysoce účinné čtyřválcové motory, Američané našli pro kompaktní motor nové uznání. Japonské modely, jako je Toyota Camry, začaly rychle převyšovat prodej srovnatelných amerických modelů
Moderní čtyřválcové motory využívají lehčí materiály a technologii přeplňování turbodmychadlem, jako je motor Ford EcoBoost, aby dosáhly výkonu V-6 z účinnějších čtyřválcových motorů. Pokročilá aerodynamika a technologie, jako jsou ty, které používá Mazda ve svých návrzích SKYACTIV, méně namáhají tyto menší přeplňované motory a dále zvyšují jejich účinnost a výkon.
Pokud jde o budoucnost V6, v posledních letech se nepoměr mezi čtyřválcovými a V6 motory značně zmenšil. Ale motory V-6 stále mají své využití, a to nejen ve výkonných autech. Nákladní vozy, které se používají k tažení přívěsů nebo tažení nákladu, potřebují k provedení těchto úkolů výkon V-6. Výkon je v těchto případech důležitější než účinnost.
Původně zveřejněno:5. dubna 2000
