Gearhead 101: Pochopení toho, jak funguje motor vašeho auta

{h1}


Nikdy jsem nebyl auto. Prostě jsem neměl zájem pracovat pod kapotou, abych zjistil, jak moje auto funguje. Až navýměna vzduchových filtrůnebovýměna olejekaždou chvíli, kdybych měl někdy problém se svým autem, prostě bych to vzal mechanikovi a když vyšel ven, aby vysvětlil, co se děje, zdvořile jsem přikývl a předstíral, že vím, o čem mluví.

Ale v poslední době jsem měl chuť se naučit základy toho, jak auta fungují. Nemám v plánu stát se tukem na opici, ale chci mít základní představu o tom, jak to všechno v mém autě vlastně funguje. Tyto znalosti mi přinejmenším umožní mít představu o tom, o čem mechanik mluví, až příště vezmu auto. Navíc se mi zdá, že by člověk 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, například to, co je pod kapotou mého auta.


Myslím, že tam jsou další dospělí muži, kteří jsou jako já - muži, kteří nejsou autíčkáři, ale jsou trochu zvědaví, jak jejich vozidla fungují. Mám tedy v plánu podělit se o to, co se učím ve své vlastní studii, a vrtat se v příležitostných sériích, kterým budeme říkat Gearhead 101. Cílem je vysvětlit základy toho, jak fungují různé součásti automobilu, a poskytnout zdroje, kde můžete dozvědět se více na vlastní pěst.

Bez dalších okolků tedy zahájíme naši první třídu Gearhead 101 vysvětlením vstupů a výstupů srdce automobilu: spalovacího motoru.


Motor s vnitřním spalováním

Spalovacímu motoru se říká „spalovací motor“, protože spaluje palivo a vzduchuvnitřmotor k vytvoření energie k pohybu pístů, které zase pohnou autem (níže vám podrobně ukážeme, jak se to děje).



Porovnejte to s externím spalovacím motorem, kde se spaluje palivomimomotor 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 a vytváří páru, která pak pohání motor.


Většina lidí si myslí, že ve světě mechanizovaného pohybu se před variantu s vnitřním spalováním dostaly motory s vnějším spalováním poháněné párou. Realita je taková, že na prvním místě byl spalovací motor. (Ano, staří Řekové si pohrávali s parními motory, ale z jejich experimentů nevyšlo nic praktického.)

V 16thstoletí vynálezci vytvořili formu spalovacího motoru využívajícího střelný prach jako palivo pro pohyb pístů. Ve skutečnosti to nebyl střelný prach, který je hýbal. Tento raný spalovací motor fungoval tak, že jste nacpali píst až na vrchol válce a pod pístem zapálili střelný prach. Po výbuchu by se vytvořilo vakuum a nasávalo píst dolů do válce. Protože tento motor spoléhal na změny tlaku vzduchu při pohybu pístu, říkali mu atmosférický motor. Nebylo to moc efektivní. Do 17thstoletí, parní stroje ukazovaly hodně příslibů, takže spalovací motor byl opuštěn.


Až v roce 1860 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 trvalým plamenem poblíž válce. Fungovalo to podobně jako atmosférický motor se střelným prachem, 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 Lenoirovu modelu. Otto se řízení společnosti vzdal a začal pracovat na konstrukci motoru, se kterou si pohrával od roku 1861. Jeho konstrukce vedla k tomu, co dnes známe jako čtyřtaktní motor, a základní konstrukce se v automobilech používá dodnes.


Anatomie motoru automobilu

Ilustrace částí motoru v-8.

Motor V-6

Za chvíli vám ukážu, jak zde funguje čtyřdobý motor, 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 vysvětlivkách je terminologie, která se opírá o jiné výrazy v seznamu, takže si nedělejte starosti, pokud se zpočátku zmatíte. Přečtěte si celou věc, abyste získali celkovou představu, a poté si ji přečtěte znovu, abyste měli základní znalosti o každém díle, o kterém se mluví.


Blok motoru (blok válce)

Blok motoru je základem motoru. Většina bloků motoru je odlita ze slitiny hliníku, ale někteří výrobci stále používají železo. Blok motoru je také označován jako blok válců kvůli velkému otvoru nebo trubkám nazývaným válce, které jsou odlity do integrované struktury. Válec je místo, kde písty motoru kloužou nahoru a dolů. Čím více válců má motor, tím je výkonnější. Kromě válců jsou do 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 má motor. U čtyřválcových motorů jsou válce obvykle uloženy v přímce nad klikovým hřídelem. Toto rozložení motoru se nazývářadový motor.

Další uspořádání čtyřválců se nazývá „plochá čtyřka“. Zde jsou válce uloženy vodorovně ve dvou bankách, přičemž klikový hřídel klesá dolů.

Pokud má motor více než čtyři válce, jsou rozděleny do dvou řad válců - tří válců (nebo více) na každou stranu. Díky rozdělení válců na dvě banky 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

Kouzlo se odehrává ve spalovací komoře v motoru. Je to místo, kde se palivo, vzduch, tlak a elektřina spojují a vytvářejí malou explozi, která pohybuje písty auta nahoru a dolů, a vytváří tak sílu k pohybu vozidla. Spalovací komora se skládá z válce, pístu a hlavy válce. Válec funguje jako stěna spalovací komory, horní část pístu působí jako dno spalovací komory a hlava válce slouží jako strop spalovací komory.

Hlava válce

Hlava válců je kus kovu, který sedí nad válci motoru. Do hlavy válců jsou vhozeny malé zaoblené zářezy, aby se v horní části komory vytvořil prostor pro spalování. Těsnění hlavy utěsňuje spoj mezi hlavou válců a blokem válců. Sací a výfukové ventily, zapalovací svíčky a vstřikovače paliva (tyto části budou vysvětleny později) jsou také namontovány na hlavě válců.

Píst

Písty se pohybují po válci nahoru a dolů. Vypadají jako plechovky polévky vzhůru nohama. Když se ve spalovací komoře vznítí palivo, síla tlačí píst dolů, což zase pohybuje klikovým hřídelem (viz níže). Píst se k klikovému hřídeli připojuje ojnicí, neboli ojnicí. Spojuje se s ojnicí pomocí pístního čepu a ojnice se spojuje s klikovým hřídelem prostřednictvím ojničního ložiska.

V horní části pístu najdete tři nebo čtyři drážky odlité do kovu. Uvnitř drážekpístní kroužkyjsou vloženy. Pístní kroužky jsou částí, která se ve skutečnosti dotýká stěn válce. Jsou vyrobeny ze železa a jsou dodávány ve dvou variantách: kompresní kroužky a olejové kroužky. Kompresní kroužky jsou horní kroužky a tlačí ven na stěny válce, aby poskytly silné utěsnění spalovací komory. Olejový kroužek je spodní kroužek na pístu a zabraňuje prosakování oleje z klikové skříně do spalovací komory. Také setře přebytečný olej po stěnách válce a zpět do klikové skříně.

Klikový hřídel

Klikový hřídel převádí pohyb pístů nahoru a dolů na rotační pohyb, který umožňuje vozu pohyb. Klikový hřídel obvykle zapadá podélně do bloku motoru poblíž dna. Rozkládá se z jednoho konce bloku motoru na druhý. V přední části konce motoru se klikový hřídel spojuje s gumovými pásy, které se spojují s vačkovým hřídelem a dodávají energii ostatním částem vozu; na zadním konci motoru se vačkový hřídel připojuje k hnacímu ústrojí, které přenáší sílu na kola. Na každém konci klikového hřídele najdete olejová těsnění nebo „O-kroužky“, které zabraňují úniku oleje z motoru.

Klikový hřídel spočívá v tom, čemu se říká kliková skříň na motoru. Kliková skříň je umístěna pod blokem válců. Kliková skříň chrání klikový hřídel a ojnice před vnějšími předměty. Oblast ve spodní části klikové skříně se nazývá olejová vana a tam je uložen olej vašeho motoru. Uvnitř olejové vany najdete olejové čerpadlo, které pumpuje olej přes filtr, a poté je tento olej nasát 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 klikového hřídele najdete vyvažovací laloky, které fungují jako protizávaží, aby vyvážily klikový hřídel a zabránily poškození motoru kolísáním, 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, aby se klikový hřídel točil.

Vačková hřídel

Vačkový hřídel je mozkem motoru. Funguje ve spojení s klikovým hřídelem prostřednictvím rozvodového řemene, aby se zajistilo, že sací a výfukové ventily otevírají a zavírají ve správný čas pro optimální výkon motoru. Vačkový hřídel využívá laloky ve tvaru vejce, které přes něj zasahují k řízení načasování 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 písmene 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 písmene 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.

Časovací systém

Jak bylo uvedeno výše, vačkový a klikový hřídel koordinují svůj pohyb pomocí rozvodového řemene nebo řetězu. Rozvodový řetěz drží klikový hřídel a vačkový hřídel ve stejné vzájemné poloze po celou dobu provozu motoru. Pokud se vačkový a klikový hřídel z jakéhokoli důvodu synchronizují (rozvodový řetěz například přeskočí ozubené kolo), motor nebude fungovat.

Valvetrain

Valvetrain je mechanický systém namontovaný na hlavě válců, který řídí činnost ventilů. Ventilový rozvod se skládá z ventilů, vahadel, táhel a zvedáků.

Ventily

Existují dva typy ventilů: sací a výstupní. Sací ventily přivádějí do spalovací komory směs vzduchu a paliva a vytvářejí spalování pohánějící motor. Odsávací ventily propouštějí výfukové plyny vytvořené po spalování ze spalovací komory.

Automobily mají obvykle jeden sací ventil a jeden výstupní ventil na válec. Většina vysoce výkonných automobilů (Jaguars, Maseratis atd.) Má čtyři ventily na válec (dva sací, dva výfukové). Ačkoli není Honda považována za značku „vysokého výkonu“, používá ve svých vozidlech také čtyři ventily na válec. Existují dokonce motory se třemi ventily na válec - dva vstupní ventily, jeden výstupní ventil. Víceventilové systémy umožňují vozu lépe „dýchat“, což zase zlepšuje výkon motoru.

Rocker Arms

Vahadla jsou malé páky, které se dotýkají laloků nebo vaček na vačkovém hřídeli. Když lalok zvedne jeden konec kolébky, druhý konec kolébky zatlačí dolů na dřík ventilu, čímž se ventil otevře, aby se vzduch dostal do spalovací komory, nebo se vypustí výfukové plyny. Funguje to jako houpačka.

Pushrods/Lifters

Někdy se laloky vačkového hřídele dotýkají vahadla přímo (jak vidíte u motorů vačkových hřídelů nad hlavou), čímž se ventil otevírá a zavírá. U motorů s ventilovými ventily nepřichází laloky vačkových hřídelů do přímého kontaktu s vahadly, takže se používají táhla nebo zvedače.

Vstřikovače paliva

Abychom vytvořili spalování potřebné k pohybu pístů, potřebujeme ve válcích palivo. Před 80. léty používaly automobily k dodávce paliva do spalovací komory karburátory. Dnes všechna auta používají jeden ze tří systémů vstřikování paliva: přímé vstřikování paliva, portované vstřikování paliva nebo vstřikování paliva škrticí klapky.

Díky přímému vstřikování paliva dostane každý válec vlastní vstřikovač, který stříká palivo přímo do spalovací komory ve správný čas, aby se spalovalo.

S portovaným vstřikováním paliva místo stříkání paliva přímo do válce stříká do sacího potrubí těsně mimo ventil. Když se ventil otevře, vzduch a palivo vstupují do spalovací komory.

Systémy vstřikování paliva škrticí klapky fungují tak, jak fungovaly karburátory, ale bez karburátoru. Místo toho, aby každý válec dostal svůj vlastní vstřikovač paliva, je k tělesu škrticí klapky veden pouze jeden vstřikovač paliva. Palivo se mísí se vzduchem v tělese škrticí klapky a poté je rozptýleno do válců přes sací ventily.

Zapalovací svíčka

Nad každým válcem je svíčka. Když jiskří, zapálí stlačené palivo a vzduch, což způsobí mini explozi, která tlačí píst dolů.

Čtyřtaktní cyklus Ilustrace diagramu čtyřtaktního motoru.

Nyní, když známe všechny základní části motoru, pojďme se podívat na pohyb, který ve skutečnosti rozpohybuje naše auto: čtyřtaktní cyklus.

Výše uvedený obrázek ukazuje čtyřtaktní cyklus v jednom válci. To se děje i v ostatních válcích. Tento cyklus opakujte tisíckrát za minutu a dostanete auto, které se pohne.

No, tady to máte. Základy fungování motoru automobilu. Podívejte se dnes pod kapotu svého auta a zjistěte, zda můžete poukázat na součásti, o kterých jsme diskutovali. Pokud chcete další informace o tom, jak auto funguje, podívejte se do knihyJak auta fungují.Hodně mi to pomohlo v mém výzkumu. Autor odvedl skvělou práci a rozdělil věci do jazyka, kterému rozumí i úplný začátečník.