Gearhead 101: Разбиране как работи двигателят на вашата кола

{h1}


Никога не съм бил автомобил. Просто нямах интерес да подготвям инструмента под капака, за да разбера как работи колата ми. С изключение на подмяна на въздушните ми филтри или смяна на маслото от време на време, ако някога съм имал проблем с колата си, просто щях да го вкарам в механика и когато той излезе да обясни какво не е наред, кимнах учтиво и се престорих, сякаш знам за какво говори.

Но напоследък изпитвам сърбеж да науча основите на това как работят автомобилите. Не планирам да ставам пълноценна маймуна, но искам да разбера основно как всичко в моята кола всъщност я кара да върви. Най-малкото това знание ще ми позволи да имам представа за какво говори механикът следващия път, когато взимам колата си. Плюс това ми се струва, че човек трябва да може да разбере основите на технологията, която използва всеки ден. Що се отнася до този уебсайт, знам за това как работи кодирането и SEO; време е да разгледам по-конкретните неща в моя свят, като например това, което е под капака на колата ми.


Смятам, че има и други възрастни мъже, които са като мен - мъже, които не са момчета, но са малко любопитни как работят техните превозни средства. Затова планирам да споделям това, което научавам в собственото си проучване и да се занимавам в случайни серии, които ще наречем Gearhead 101. Целта е да обясня самите основи на това как работят различните части в колата и да осигуря ресурси къде можете научете повече сами.

Така че без повече шум ще започнем първия си клас Gearhead 101, като обясним тънкостите на сърцето на автомобила: двигателят с вътрешно горене.


Двигателят с вътрешно горене

Двигателят с вътрешно горене се нарича „двигател с вътрешно горене“, тъй като горивото и въздухът изгарят вътре двигателят за създаване на енергия за преместване на буталата, които от своя страна движат автомобила (ще ви покажем как това се случва подробно по-долу).



Контраст на това с двигател с външно горене, където горивото се изгаря отвън двигателят и енергията, създадена от това изгаряне, е това, което го задвижва. Паровите двигатели са най-добрият пример за това. Въглищата се изгарят извън двигателя, който загрява водата, за да произвежда пара, която след това задвижва двигателя.


Повечето хора смятат, че в света на механизираното движение двигателите с външно горене, задвижвани с пара, са се появили преди разнообразието с вътрешно горене. Реалността е, че двигателят с вътрешно горене е на първо място. (Да, древните гърци са бъркали с двигатели с парово захранване, но нищо експериментално не идва от техните експерименти.)

През 16ти век, изобретателите създадоха форма на двигател с вътрешно горене, използвайки барут като гориво за задвижване на движението на буталата. Всъщност барутът не ги движеше. Начинът, по който работи този двигател с ранно вътрешно горене, е да натъпкате бутало до върха на цилиндъра и след това да запалите барута под буталото. След експлозията се образува вакуум и изсмуква буталото надолу по цилиндъра. Тъй като този двигател разчиташе на промените в налягането на въздуха, за да движи буталото, те го нарекоха атмосферния двигател. Не беше много ефективно. Към 17ти век, парните машини дават много обещания, така че двигателят с вътрешно горене е изоставен.


Едва през 1860 г. ще бъде изобретен надежден, работещ двигател с вътрешно горене. Белгийски колега на име Жан Джоузеф Етиен Леноар патентова двигател, който впръсква природен газ в цилиндър, който впоследствие се запалва от постоянен пламък близо до цилиндъра. Той работеше подобно на барутния атмосферен двигател, но не твърде ефективно.

Въз основа на тази работа, през 1864 г. двама германски инженери на име Николай Август Ото и Ойген Ланген основават компания, която произвежда двигатели, подобни на модела на Леноар. Ото се отказва от управлението на компанията и започва да работи по дизайн на двигателя, с който се заиграва от 1861 г. Дизайнът му води до това, което сега познаваме като четиритактов двигател, а основният дизайн се използва и днес в автомобилите.


Анатомията на автомобилния двигател

Схема на части на двигателя v-8 илюстрация.

Двигател V-6

Ще ви покажа малко след това как работи четиритактовият двигател, но преди да го направя, помислих, че би било полезно да прегледате различните части на двигателя, така че ще имате представа какво прави какво в четиритактов процес. В тези обяснения има терминология, която разчита на други термини в списъка, така че не се притеснявайте, ако първо се объркате. Прочетете цялото нещо, за да разберете цялостно, и след това го прочетете отново, за да имате основно разбиране за всяко парче, за което се говори.


Блок на двигателя (цилиндров блок)

Блокът на двигателя е основата на двигателя. Повечето двигателни блокове са отляти от алуминиева сплав, но желязото все още се използва от някои производители. Двигателният блок се нарича още цилиндров блок поради големия отвор или тръби, наречени цилиндри, които се вливат в интегрираната конструкция. Цилиндърът е мястото, където буталата на двигателя се плъзгат нагоре и надолу. Колкото повече цилиндри има двигателят, толкова по-мощен е той. В допълнение към цилиндрите в блока са вградени и други канали и канали, които позволяват на маслото и охлаждащата течност да текат към различни части на двигателя.

Защо двигателят се нарича „V6“ или „V8“?

Страхотен въпрос! Това е свързано с формата и броя на цилиндрите, които двигателят има. При четирицилиндровите двигатели цилиндрите обикновено са монтирани в права линия над коляновия вал. Това оформление на двигателя се нарича вграден двигател.

Друго четирицилиндрово оформление се нарича „плоска четворка“. Тук цилиндрите са разположени хоризонтално в две банки, като коляновият вал е надолу по средата.

Когато двигателят има повече от четири цилиндъра, те се разделят на две цилиндри - по три цилиндъра (или повече) на страна. Разделянето на цилиндрите на две банки прави двигателя да изглежда като „V.“ V-образен двигател с шест цилиндъра = V6 двигател. V-образен двигател с осем цилиндъра = V8 - по четири във всяка цилиндрова банка.

Горивна камера

Горивната камера в двигателя е мястото, където се случва магията. Тук горивото, въздухът, налягането и електричеството се обединяват, за да създадат малката експлозия, която движи буталата на автомобила нагоре и надолу, като по този начин създава силата да движи автомобила. Горивната камера се състои от цилиндър, бутало и цилиндрова глава. Цилиндърът действа като стена на горивната камера, горната част на буталото действа като под на горивната камера, а главата на цилиндъра служи като таван на горивната камера.

Цилиндрична глава

Главата на цилиндъра е метално парче, което седи над цилиндрите на двигателя. В главата на цилиндъра има малки заоблени вдлъбнатини, за да се създаде място в горната част на камерата за горене. Уплътнение на главата уплътнява съединението между цилиндровата глава и цилиндровия блок. Всмукателните и изходящите клапани, свещите и инжекторите за гориво (тези части са обяснени по-късно) също са монтирани към главата на цилиндъра.

Бутало

Буталата се движат нагоре и надолу по цилиндъра. Те приличат на обърнати кутии за супа. Когато горивото се запали в горивната камера, силата изтласква буталото надолу, което от своя страна движи коляновия вал (виж по-долу). Буталото се прикрепва към коляновия вал чрез свързващ прът, известен още като подвижния прът. Той се свързва към свързващия прът чрез бутален щифт, а свързващият прът се свързва към коляновия вал чрез свързващ прът.

В горната част на буталото ще намерите три или четири жлеба, хвърлени в метала. Вътре в жлебовете бутални пръстени буталните пръстени са частта, която всъщност докосва стените на цилиндъра. Те са направени от желязо и се предлагат в две разновидности: компресионни пръстени и маслени пръстени. Компресионните пръстени са горните пръстени и те се притискат навън към стените на цилиндъра, за да осигурят силно уплътнение за горивната камера. Масленият пръстен е долният пръстен на бутало и той предотвратява проникването на масло от картера в горивната камера. Той също така изтрива излишното масло по стените на цилиндъра и обратно в картера.

Колянов вал

Коляновият вал преобразува движението нагоре и надолу на буталата във въртеливо движение, което позволява на автомобила да се движи. Коляновият вал обикновено се побира по дължина в блока на двигателя близо до дъното. Той се простира от единия край на блока на двигателя до другия. В предната част на края на двигателя коляновият вал се свързва с гумени ремъци, които се свързват с разпределителния вал и доставят енергия към други части на автомобила; в задния край на двигателя, разпределителният вал се свързва с задвижващия механизъм, който предава мощност на колелата. Във всеки край на коляновия вал ще намерите маслени уплътнения или „О-пръстени“, които предотвратяват изтичането на масло от двигателя.

Коляновият вал се намира в така наречения картер на двигателя. Картера се намира под цилиндровия блок. Картера предпазва коляновия вал и свързващите щанги от външни предмети. Областта в долната част на картера се нарича маслена тава и там се съхранява маслото на вашия двигател. Вътре в масления съд ще намерите маслена помпа, която изпомпва масло през филтър и след това маслото се изпръсква върху коляновия вал, лагерите на щангите и стените на цилиндъра, за да осигури смазване на движението на хода на буталото. В крайна сметка маслото капе обратно в масления съд, само за да започне процесът отново

По протежение на коляновия вал ще намерите балансиращи лопатки, които действат като противотежести, за да балансират коляновия вал и да предотвратят повреда на двигателя от клатушкането, което се получава, когато коляновият вал се върти.

Също така по протежение на коляновия вал ще намерите основните лагери. Основните лагери осигуряват гладка повърхност между коляновия вал и блока на двигателя за въртене на коляновия вал.

Разпределителен вал

Разпределителният вал е мозъкът на двигателя. Той работи заедно с коляновия вал чрез ангренажен ремък, за да гарантира, че всмукателните и изпускателните клапани се отварят и затварят точно в точното време за оптимална работа на двигателя. Разпределителният вал използва яйцевидни лопатки, които се простират през него, за да контролира времето на отваряне и затваряне на клапаните.

Повечето разпределителни валове се простират през горната част на блока на двигателя, точно над коляновия вал. При редови двигатели един разпределителен вал управлява както всмукателните, така и изходящите клапани. При V-образни двигатели се използват два отделни разпределителни вала. Единият контролира клапаните от едната страна на V, а другият контролира клапаните от противоположната страна. Някои V-образни двигатели (като този на нашата илюстрация) ще имат дори два разпределителни вала на банка цилиндри. Единият разпределителен вал управлява едната страна на клапаните, а другият разпределителен вал контролира другата страна.

Система за синхронизация

Както бе споменато по-горе, разпределителният вал и коляновият вал координират своето движение чрез зъбен ремък или верига. Временната верига държи коляновия вал и разпределителния вал в едно и също относително положение един към друг през цялото време на работа на двигателя. Ако разпределителният вал и коляновият вал не се синхронизират по каквато и да е причина (ангренажната верига прескача зъбчатка, например), двигателят няма да работи.

Клапан

Клапанът е механичната система, която е монтирана към цилиндровата глава, която контролира работата на клапаните. Клапанът се състои от клапани, кобилици, бутала и повдигачи.

Клапани

Има два вида клапани: всмукателни и изпускателни клапани. Всмукателните клапани внасят смес от въздух и гориво в горивната камера, за да създадат горенето, за да задвижат двигателя. Изпускателните клапани изпускат отработените газове, които се образуват след изгарянето, от горивната камера.

Автомобилите обикновено имат един всмукателен клапан и един изпускателен клапан на цилиндър. Повечето високоефективни автомобили (Jaguars, Maseratis и др.) Имат по четири клапана на цилиндър (два всмукателни, два изходящи). Въпреки че не се счита за марка с „висока производителност“, Honda също използва четири клапана на цилиндър на своите превозни средства. Има дори двигатели с три клапана на цилиндър - два входящи клапана, един изпускателен клапан. Многоклапанните системи позволяват на автомобила да „диша“ по-добре, което от своя страна подобрява работата на двигателя.

Rocker Arms

Рокерните рамена са малки лостове, които докосват лобовете или гърбиците на разпределителния вал. Когато лобът повдига единия край на кобилицата, другият край на кобилицата се притиска надолу върху стеблото на клапана, отваряйки клапана, за да влезе въздух в горивната камера или изпускането на отработените газове. Работи като нещо като трион.

Буталки / повдигачи

Понякога лопатките на разпределителния вал докосват директно кобилицата (както виждате при двигателите на горния разпределителен вал), като по този начин отварят и затварят клапана. При двигателите с надземни клапани лобовете на разпределителния вал не влизат в пряк контакт с кобилицата, така че се използват бутала или повдигачи.

Горивни инжектори

За да създадем горенето, необходимо за преместване на буталата, се нуждаем от гориво в цилиндрите. Преди 80-те години автомобилите използват карбуратори за подаване на гориво в горивната камера. Днес всички автомобили използват една от трите системи за впръскване на гориво: директно впръскване на гориво, пренесено впръскване на гориво или впръскване на гориво в корпуса на дроселната клапа.

С директно впръскване на гориво, всеки цилиндър получава своя инжектор, който пръска гориво директно в горивната камера в точното време за изгаряне.

С пренесено впръскване на гориво, вместо да пръска горивото директно в цилиндъра, то се пръска във всмукателния колектор точно пред клапана. Когато клапанът се отвори, въздухът и горивото влизат в горивната камера.

Системите за впръскване на гориво в дроселната кутия работят като карбураторите, но без карбуратора. Вместо всеки цилиндър да получи своя инжектор за гориво, има само един инжектор за гориво, който отива към корпуса на дроселната клапа. Горивото се смесва с въздуха в корпуса на дросела и след това се разпределя към цилиндрите чрез всмукателните клапани.

Свещ

Над всеки цилиндър има свещ. Когато искри, той запалва компресираното гориво и въздух, причинявайки мини експлозията, която избутва буталото надолу.

Четиритактовият цикъл Илюстрация на четиритактова схема на двигателя.

Така че сега, когато знаем всички основни части на двигателя, нека да разгледаме движението, което всъщност кара нашата кола да се движи: четиритактовият цикъл.

Горната илюстрация показва четиритактовия цикъл в един цилиндър. Това се случва и в останалите цилиндри. Повторете този цикъл хиляда пъти в минута и получавате кола, която се движи.

Е, ето ви. Основите на това как работи двигателят на автомобила. Отидете да погледнете под капака на колата си днес и да видите дали можете да посочите частите, които обсъдихме. Ако искате повече информация за това как работи една кола, вижте книгата Как работят колите. Това ми помогна много в моите изследвания. Авторът върши чудесна работа, като разбива нещата на език, който дори начинаещият може да разбере.