Nikdy jsem nebyl auto. Jen jsem neměl žádný zájem o nářadí pod kapotou, abych zjistil, jak moje auto funguje. Kromě výměny vzduchových filtrů nebo výměny oleje každou chvíli, kdybych měl někdy s autem problém, vzal bych to do mechanika, a když mi vyšel vysvětlit, co je špatně, zdvořile jsem přikývl a předstíral jako bych věděl, o čem mluví.
Ale v poslední době jsem měl chuť se skutečně naučit základy toho, jak auta fungují. Nemám v plánu stát se mastnou opicí, ale chci mít základní představu o tom, jak to všechno v mém autě vlastně funguje. Tyto znalosti mi minimálně umožní mít ponětí o tom, o čem mechanik mluví, až příště pojedu se svým autem. Navíc se mi zdá, že muž by měl být schopen pochopit základy technologie, kterou používá. každý den. Pokud jde o tento web, vím o tom, jak funguje kódování a SEO; je čas, abych prozkoumal konkrétnější věci v mém světě, jako je to, co je pod kapotou mého auta.
Myslím, že tam jsou jiní dospělí muži, kteří jsou jako já – muži, kteří nejsou borci do aut, ale jsou trochu zvědaví, jak jejich vozidla fungují. Takže plánuji sdílet to, co se učím ve svém vlastním studiu a šťouchání, v občasné sérii, kterou budeme nazývat Gearhead 101. Cílem je vysvětlit úplné základy toho, jak různé díly v autě fungují, a poskytnout zdroje o tom, kde můžete více se dozvíte sami.
Takže bez dalších okolků zahájíme naši první třídu Gearhead 101 vysvětlením spletitých prvků srdce automobilu:spalovacího motoru.
Spalovací motor se nazývá „spalovací motor“, protože palivo a vzduch se spalují uvnitř motor, aby vytvořil energii pro pohyb pístů, které zase pohybují autem (níže vám podrobně ukážeme, jak k tomu dochází).
Porovnejte to s motorem s vnějším spalováním, kde se palivo spaluje venku motor a energie vytvořená z tohoto spalování je to, co jej pohání. Parní stroje jsou toho nejlepším příkladem. Uhlí se spaluje mimo motor, který ohřívá vodu za vzniku páry, která pak pohání motor.
Většina lidí si myslí, že ve světě mechanizovaného pohybu byly motory s vnějším spalováním poháněné párou před variantou vnitřního spalování. Realita je taková, že na prvním místě byl spalovací motor. (Ano, staří Řekové si pohrávali s parními motory, ale z jejich experimentů nevyplynulo nic praktického.)
V 16. století vynálezci vytvořili formu spalovacího motoru využívajícího střelný prach jako palivo k pohonu pohybu pístů. Ve skutečnosti to nebyl střelný prach, co jimi pohnul. Tento raný spalovací motor fungoval tak, že jste nacpali píst až po horní část válce a pak zapálili střelný prach pod pístem. Po výbuchu by se vytvořilo vakuum a nasálo píst dolů z válce. Protože tento motor spoléhal na změny tlaku vzduchu při pohybu pístu, nazvali jej atmosférický motor. Nebylo to moc efektivní. Do 17. století byly parní stroje velmi slibné, takže od spalovacího motoru bylo upuštěno.
Až v roce 1860 by byl vynalezen spolehlivý fungující spalovací motor. Belgičan jménem Jean Joseph Etienne Lenoir si nechal patentovat motor, který vstřikoval zemní plyn do válce, který byl následně zapálen stálým plamenem v blízkosti válce. Fungoval podobně jako atmosférický motor na střelný prach, ale ne příliš efektivně.
Na základě této práce založili v roce 1864 dva němečtí inženýři jménem Nicolaus August Otto a Eugen Langen společnost, která vyráběla motory podobné Lenoirově modelu. Otto se vzdal vedení společnosti a začal pracovat na návrhu motoru, se kterým si pohrával od roku 1861. Jeho návrh vedl k tomu, co dnes známe jako čtyřdobý motor, a základní konstrukce se v autech používá dodnes.
Motor V-6
Za chvíli vám zde ukážu, jak čtyřtaktní motor funguje, ale než to udělám, řekl jsem si, že by bylo užitečné projít si různé části motoru, abyste měli představu o tom, co dělá čtyřtaktní proces. V těchto vysvětleních existuje terminologie, která se opírá o další termíny v seznamu, takže se nebojte, pokud budete zpočátku zmateni. Přečtěte si celou věc, abyste získali celkový přehled, a poté si to přečtěte znovu, abyste měli základní pochopení každého dílu, jak se o něm mluví.
Blok motoru (blok válců)
Blok motoru je základem motoru. Většina bloků motorů je odlita z hliníkové slitiny, ale železo stále používají někteří výrobci. Blok motoru se také nazývá blok válců kvůli velkému otvoru nebo trubkám nazývaným válce, které jsou odlity do integrované konstrukce. Válec je místo, kde písty motoru klouzají nahoru a dolů. Čím více válců má motor, tím je výkonnější. Kromě válců jsou v bloku zabudovány další kanály a průchody, které umožňují proudění oleje a chladicí kapaliny do různých částí motoru.
Proč se motoru říká „V6“ nebo „V8“?
Skvělá otázka! Souvisí to s tvarem a počtem válců, které motor má. U čtyřválcových motorů jsou válce obvykle namontovány v přímce nad klikovým hřídelem. Toto rozložení motoru se nazývá inline engine .
Další uspořádání čtyř válců se nazývá „plochá čtyřka“. Zde jsou válce uloženy vodorovně ve dvou řadách, přičemž kliková hřídel jde uprostřed dolů.
Když má motor více než čtyři válce, jsou rozděleny do dvou válců – tři válce (nebo více) na každé straně. Díky rozdělení válců na dvě řady vypadá motor jako „V“. Motor ve tvaru V se šesti válci =motor V6. Motor ve tvaru V s osmi válci =V8 – čtyři v každé řadě válců.
Spalovací komora
Spalovací komora v motoru je místo, kde se děje kouzlo. Je to místo, kde se palivo, vzduch, tlak a elektřina spojují a vytvářejí malou explozi, která pohybuje písty automobilu nahoru a dolů, čímž vytváří sílu k pohybu vozidla. Spalovací prostor se skládá z válce, pístu a hlavy válce. Válec slouží jako stěna spalovací komory, horní část pístu slouží jako dno spalovací komory a hlava válce slouží jako strop spalovací komory.
Hlava válce
Hlava válců je kus kovu, který sedí nad válci motoru. V hlavě válců jsou zalité malé, zaoblené prohlubně, aby se v horní části komory vytvořil prostor pro spalování. Těsnění hlavy utěsňuje spoj mezi hlavou válců a blokem válců. Sací a výstupní ventily, zapalovací svíčky a vstřikovače paliva (tyto části jsou vysvětleny později) jsou také namontovány na hlavě válců.
Pist
Písty se pohybují po válci nahoru a dolů. Vypadají jako obrácené polévkové plechovky. Když se palivo ve spalovací komoře vznítí, síla tlačí píst dolů, což zase pohybuje klikovým hřídelem (viz níže). Píst se připojuje ke klikovému hřídeli pomocí ojnice, známé také jako ojnice. S ojnicí se připojuje přes pístní čep a ojnice se připojuje ke klikovému hřídeli pomocí ojničního ložiska.
Na horní straně pístu najdete tři nebo čtyři drážky zalité do kovu. Uvnitř drážek pístní kroužky Pístní kroužky jsou částí, která se ve skutečnosti dotýkají stěn válce. Jsou vyrobeny ze železa a dodávají se ve dvou variantách:kompresní kroužky a olejové kroužky. Kompresní kroužky jsou horní kroužky a tlačí směrem ven na stěny válce, aby zajistily silné utěsnění spalovací komory. Olejový kroužek je spodní kroužek na pístu a zabraňuje prosakování oleje z klikové skříně do spalovací komory. Také stírá přebytečný olej po stěnách válce a zpět do klikové skříně.
Klikový hřídel
Klikový hřídel je to, co převádí pohyb pístů nahoru a dolů na rotační pohyb, který umožňuje pohyb vozu. Klikový hřídel typicky zapadá podélně do bloku motoru blízko dna. Rozkládá se od jednoho konce bloku motoru k druhému. V přední části konce motoru se klikový hřídel připojuje k pryžovým pásům, které se připojují k vačkové hřídeli a přenášejí sílu do ostatních částí vozu; na zadním konci motoru se vačkový hřídel připojuje k hnacímu ústrojí, které přenáší výkon na kola. Na každém konci klikového hřídele najdete olejová těsnění neboli „O-kroužky“, které zabraňují úniku oleje z motoru.
Klikový hřídel je umístěn v tom, co se u motoru nazývá kliková skříň. Kliková skříň je umístěna pod blokem válců. Kliková skříň chrání klikový hřídel a ojnice před vnějšími předměty. Oblast na dně klikové skříně se nazývá olejová vana a je to místo, kde je uložen motorový olej. Uvnitř olejové vany najdete olejové čerpadlo, které pumpuje olej přes filtr a poté je tento olej stříkán na klikový hřídel, ojniční ložiska a stěny válce, aby zajistil mazání pohybu zdvihu pístu. Olej nakonec kape zpět dolů do olejové vany, aby proces začal znovu
Podél klikové hřídele najdete vyvažovací výstupky, které fungují jako protizávaží pro vyvažování klikové hřídele a zabraňují poškození motoru vikláním, ke kterému dochází při otáčení klikového hřídele.
Také podél klikového hřídele najdete hlavní ložiska. Hlavní ložiska zajišťují hladký povrch mezi klikovým hřídelem a blokem motoru pro otáčení klikového hřídele.
Vačkový hřídel
Vačkový hřídel je mozkem motoru. Funguje ve spojení s klikovým hřídelem prostřednictvím rozvodového řemene, aby se zajistilo, že sací a výstupní ventily se otevírají a zavírají ve správný čas pro optimální výkon motoru. Vačkový hřídel používá vejčité laloky, které se táhnou napříč, aby ovládaly časování otevírání a zavírání ventilů.
Většina vačkových hřídelí prochází horní částí bloku motoru přímo nad klikovým hřídelem. U řadových motorů jediný vačkový hřídel ovládá sací i výstupní ventily. U motorů ve tvaru V se používají dva samostatné vačkové hřídele. Jeden ovládá ventily na jedné straně V a druhý ovládá ventily na opačné straně. Některé motory ve tvaru V (jako ten na našem obrázku) budou mít dokonce dva vačkové hřídele na řadu válců. Jeden vačkový hřídel ovládá jednu stranu ventilů a druhý vačkový hřídel ovládá druhou stranu.
Systém časování
Jak bylo uvedeno výše, vačkový hřídel a klikový hřídel koordinují svůj pohyb pomocí rozvodového řemene nebo řetězu. Rozvodový řetěz udržuje klikový hřídel a vačkový hřídel ve stejné vzájemné poloze po celou dobu chodu motoru. Pokud se vačkový hřídel a klikový hřídel z jakéhokoli důvodu nesynchronizují (rozvodový řetěz například přeskočí ozubené kolečko), motor nebude fungovat.
Ventilový rozvod
Ventilový rozvod je mechanický systém namontovaný na hlavě válců, který řídí činnost ventilů. Ventilový rozvod se skládá z ventilů, vahadel, tlačných tyčí a zvedáků.
Ventily
Existují dva typy ventilů:sací ventily a výstupní ventily. Sací ventily přivádějí směs vzduchu a paliva do spalovací komory a vytvářejí spalování pro pohon motoru. Výstupní ventily nechávají výfuk, který vzniká po spalování, ven ze spalovací komory.
Auta mají obvykle jeden sací ventil a jeden výstupní ventil na válec. Většina vysoce výkonných vozů (Jaguary, Maserati atd.) má čtyři ventily na válec (dva sací, dva výstupní). I když Honda není považována za „vysokovýkonnou“ značku, používá u svých vozidel také čtyři ventily na válec. Existují dokonce motory se třemi ventily na válec — dva sací ventily, jeden výstupní ventil. Víceventilové systémy umožňují vozu lépe „dýchat“, což zase zlepšuje výkon motoru.
Rocker Arms
Vahadla jsou malé páčky, které se dotýkají laloků nebo vaček na vačkovém hřídeli. Když lalok zvedne jeden konec vahadla, druhý konec vahadla tlačí dolů na dřík ventilu, čímž se ventil otevře, aby se vzduch dostal do spalovací komory nebo aby se vypustil výfuk. Funguje to trochu jako houpačka.
Tlačidla/zvedáky
Někdy se laloky vačkového hřídele dotýkají přímo vahadel (jak vidíte u motorů s vačkovým hřídelem nahoře), čímž se ventil otevírá a zavírá. U motorů s horním ventilem se laloky vačkového hřídele nedostanou do přímého kontaktu s vahadlami, takže se používají tlačné tyče nebo zvedače.
Vstřikovače paliva
Abychom vytvořili spalování potřebné k pohybu pístů, potřebujeme palivo ve válcích. Před osmdesátými léty používaly automobily k dodávání paliva do spalovací komory karburátory. Dnes všechna auta používají jeden ze tří systémů vstřikování paliva:přímé vstřikování paliva, vstřikování paliva ported nebo vstřikování paliva škrticí klapkou.
Díky přímému vstřikování paliva má každý válec svůj vlastní vstřikovač, který stříká palivo přímo do spalovací komory ve správný čas ke spálení.
S portovým vstřikováním paliva místo stříkání paliva přímo do válce stříká do sacího potrubí těsně za ventilem. Když se ventil otevře, vzduch a palivo vstoupí do spalovací komory.
Systémy vstřikování paliva do tělesa škrticí klapky fungují stejně jako karburátory, ale bez karburátoru. Místo toho, aby každý válec dostal svůj vlastní vstřikovač paliva, existuje pouze jeden vstřikovač paliva, který jde do těla škrticí klapky. Palivo se mísí se vzduchem v tělese škrticí klapky a poté je prostřednictvím sacích ventilů rozptýleno do válců.
Zapalovací svíčka
Nad každým válcem je zapalovací svíčka. Když jiskří, zapálí stlačené palivo a vzduch, což způsobí minivýbuch, který stlačí píst dolů.
Takže teď, když známe všechny základní části motoru, pojďme se podívat na pohyb, díky kterému se naše auto skutečně pohybuje:čtyřtaktní cyklus.
Výše uvedený obrázek ukazuje čtyřdobý cyklus v jednom válci. To se děje i v ostatních válcích. Opakujte tento cyklus tisíckrát za minutu a získáte auto, které se pohybuje.
No, tady to je. Základy fungování motoru automobilu. Jděte se dnes podívat pod kapotu svého auta a zjistěte, zda můžete poukázat na díly, o kterých jsme diskutovali. Pokud byste chtěli další informace o tom, jak auto funguje, podívejte se do knihy Jak fungují auta. Hodně mi to pomohlo v mém výzkumu. Autor odvádí skvělou práci, když věci rozebírá do jazyka, kterému rozumí i úplný začátečník.
