Come ingegnere, sai che ogni straordinaria impresa tecnologica è resa possibile da un complicato sistema di parti che funzionano perfettamente insieme.
Il motore automobilistico, che utilizza il carburante per muovere automobili, aerei, trattori, autobus e motociclette, potrebbe essere il miglior esempio di ciò.
Che tu sia uno studente di ingegneria o un professionista esperto, imparerai qualcosa di nuovo su questa importante tecnologia e sulle menti brillanti che l'hanno resa possibile.
Quindi allacciati le cinture e unisciti a noi in questo viaggio educativo attraverso il cuore del motore automobilistico!
Introduzione ai motori automobilistici
Definizione formale:
La macchina che consuma carburante che fornisce la forza motrice per automobili, aeroplani, trattori, autobus e motociclette ed è trasportata nel veicolo.
Quindi, se vuoi risparmiare sulla benzina, la cosa migliore che possiamo dirti è di togliere semplicemente il motore della tua auto. Stavo solo scherzando!
Un motore è una macchina complicata che fa girare le ruote di un'auto trasformando in forza il calore della benzina che brucia. Che dà velocità a qualcosa.
Un ciclo di combustione a quattro tempi viene utilizzato per trasformare la benzina in movimento in un motore a combustione interna, che è il tipo più comune di motore.
Questo ciclo ha quattro parti: aspirazione, compressione, combustione e scarico.
Tipi di motori
Esistono diversi tipi di motori, come i motori in linea a quattro cilindri o i motori a V a sei o otto cilindri.
La disposizione del motore determina quanto è grande, quanto bene funziona e quanta potenza ha.
I motori in linea sono più piccoli dei motori a V, che sono più lunghi e più complicati.
Componenti principali
Il blocco cilindri, la testata e il basamento sono le parti più importanti di un motore automobilistico.
Il cuore del motore è il monoblocco, solitamente in ferro o lega di alluminio. Ha cilindri che tengono i pistoni, che si muovono su e giù per produrre energia.
Anche la camera di combustione è nel blocco cilindri. È dove il carburante e l'aria si mescolano per produrre la combustione.
La testata si trova sopra il blocco cilindri. Ha una candela, alberi a camme e valvole.
Gli alberi a camme controllano l'apertura e la chiusura delle valvole, il che controlla la quantità di carburante, aria e gas di scarico che entrano ed escono dalla camera di combustione.
La candela accende la miscela di carburante e aria in modo che possa avvenire la combustione.
Il basamento è solitamente in ghisa e si trova nella parte inferiore del motore.
Contiene parti come i pistoni, l'albero motore, gli alberi a camme, la catena di distribuzione, la coppa dell'olio, il filtro dell'olio e così via. Insieme, queste parti trasformano il carburante in movimento.
Quando un'auto è spenta, il motorino di avviamento dà al pistone la forza di cui ha bisogno per scendere.
Miglioramenti nei motori a combustione
Negli ultimi anni, ci sono stati miglioramenti nella tecnologia dei motori, come l'iniezione diretta di carburante, il turbocompressore e la fasatura variabile delle valvole.
A causa di questi cambiamenti, l'auto consuma meno benzina, ha più potenza ed emette meno inquinamento.
Video: come funziona?
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Tipi di motori automobilistici
Esistono diversi tipi di motori utilizzati nelle automobili, che possono essere raggruppati in base a due elementi: il tipo di carburante e il modo in cui è impostato il motore (il numero di cilindri) (configurazione dei cilindri).
I motori a benzina e diesel sono i tipi più comuni di motori per auto, ma ci sono altre cose che distinguono un motore dall'altro.
- Motori dritti o in linea.
Tutti i cilindri in un motore dritto/in linea sono in linea, rivolti verso l'alto e solitamente perpendicolari all'auto.
Questo è il layout più comune per le berline familiari e le auto più piccole.
- Guasti.
I motori piatti hanno due bancate di cilindri su entrambi i lati di un singolo albero motore.
- Motori a V.
I cilindri in un motore a V sono disposti in due bancate separate che formano una V attorno all'albero motore.
- W-Motori.
I motori W hanno tre file di cilindri che formano una W attorno all'albero motore.
Anche il modo in cui i cilindri sono impostati può essere diverso.
Le auto piccole hanno motori a tre cilindri, ma i turbocompressori hanno permesso di inserirle anche nelle berline familiari più grandi.
I motori a sei cilindri si trovano solitamente nelle auto sportive di fascia alta e nelle auto ad alte prestazioni. Possono essere montati a V o in linea retta.
Le supercar e le berline di lusso hanno motori con otto o più cilindri, come V8, V10 e V12.
Alcune delle auto di fascia alta del gruppo Volkswagen hanno motori W12.
Motori Benzina e Diesel
Nelle applicazioni automobilistiche, le principali differenze tra motori a benzina e diesel sono la produzione di energia, il tipo di carburante utilizzato, l'efficienza termica, l'aspettativa di vita, i giri al minuto (RPM) e la coppia.
- Motori a benzina.
La combustione con accensione a scintilla viene utilizzata nei motori a benzina per miscelare gas e aria prima di comprimerlo e accenderlo.
Il più delle volte, i motori a benzina hanno un numero di giri più elevato rispetto ai motori diesel, ma hanno una coppia inferiore.
- Motori Diesel.
Prima di iniettare carburante nell'aria, i motori diesel lo comprimono, il che rende il motore termicamente più efficiente e probabilmente durerà più a lungo.
Poiché il diesel ha una densità energetica maggiore rispetto alla benzina, i motori diesel consumano meno carburante rispetto ai motori a benzina.
Il modo in cui questi diversi tipi di motore vengono utilizzati nelle auto è cambiato nel tempo e dipende da come l'auto deve essere utilizzata, dalle sue prestazioni e dalla quantità di carburante che deve utilizzare.
Espansione dell'industria automobilistica
Lo sviluppo del motore automobilistico
Durante la rivoluzione industriale, la crescita dell'industria automobilistica e la necessità di motori con maggiore potenza hanno portato alla creazione di motori a combustione interna (ICE).
Questi motori sono stati originariamente realizzati per funzionare con combustibili liquidi, ma sono stati modificati in modo che potessero funzionare a benzina.
Nel 1900 furono realizzati motori a due e quattro tempi e divenne possibile realizzare molte auto contemporaneamente.
Miglioramenti alla conversione del carburante liquido e alla riduzione delle emissioni
Gli ingegneri hanno escogitato modi per trasformare i combustibili liquidi in vapori in modo che potessero essere utilizzati. Ciò ha migliorato l'efficienza del carburante e la potenza del motore.
Per risolvere il problema dell'inquinamento delle auto sono stati realizzati anche sistemi computerizzati di gestione del motore.
Le emissioni ICE di criteri inquinanti come gli ossidi di azoto (Nox) e il particolato (PM) sono state ridotte di oltre il 99% grazie alla ricerca e allo sviluppo negli ultimi 30 anni.
Ricerca e sviluppo avanzati di motori a combustione
Oggi le persone stanno cercando di far funzionare meglio i motori a combustione interna e di essere migliori per l'ambiente.
La ricerca e lo sviluppo sui motori a combustione avanzati si concentra su nuove tecnologie come l'accensione per compressione a carica omogenea (HCCI) e i motori a pistoni opposti (OPE), oltre a rendere i propulsori più elettrici e ibridi.
Anche se il numero di veicoli elettrici è in crescita, gli ICE sono ancora importanti per l'industria dei trasporti e saranno utilizzati per molto tempo a venire.
Dimensioni del motore automobilistico e flusso d'aria
La maggior parte dei motori delle auto sono misurati in litri, che è il volume totale di tutti i loro cilindri.
Se ingrandisci il motore, a volte può produrre più potenza e coppia, ma non è sempre così.
Rilevamento del flusso d'aria nei motori automobilistici
Il misuratore a palette e il filo caldo sono i due modi più comuni con cui un motore misura la quantità di aria che entra.
Una paletta pneumatica caricata a molla collegata a un resistore variabile viene utilizzata dal misuratore a palette per misurare la quantità di aria che entra nel motore.
Il sensore del flusso d'aria di massa a filo caldo, d'altra parte, utilizza un filo resistivo che pende nel flusso d'aria e viene riscaldato a una certa temperatura
L'aria in entrata raffredda quindi il filo, che cambia la corrente elettrica in modo proporzionale alla quantità di aria che passa attraverso.
Il sensore di vortice Kármán, d'altra parte, non è un modo per misurare il flusso d'aria in entrata nel motore di un'auto.
Invece, è un modo per misurare la velocità del flusso d'aria provocando vortici nel flusso d'aria e quindi misurando le variazioni di pressione causate dai vortici.
Manutenzione del motore automobilistico
Filtri olio motore
I filtri dell'olio motore sono una parte importante per assicurarsi che il motore di un'auto funzioni bene.
Lavorano per rimuovere sporco, olio e particelle metalliche dall'olio. Ciò consente all'olio di fluire uniformemente, pulisce l'olio e protegge le parti metalliche.
Prezzo, design, costruzione e attenzione ai dettagli sono tutte cose importanti a cui pensare quando si sceglie un filtro dell'olio motore.
Sistemi di gestione del motore automobilistico
Esistono molti modi per mettere a punto e modificare un sistema di gestione del motore per migliorarne le prestazioni.
Alcuni modi per modificare i sistemi sono ricalibrare gli ECM di fabbrica, sintonizzarsi con piggyback, intercettori e altre parti extra e progettare, modificare e costruire collettori di aspirazione.
È inoltre possibile utilizzare sistemi di gestione del motore programmabili separatamente per modificare il funzionamento di un motore.
Per ottenere le migliori prestazioni, è importante apportare modifiche in modo sicuro e affidabile.
Prima di apportare modifiche al sistema di gestione del motore, dovresti parlare con un esperto o documentarti sull'argomento.
Ore del motore
Le ore del motore sono il numero di ore di funzionamento di un motore da quando è stato prodotto per la prima volta, anche quando il veicolo non è in movimento.
Questa metrica è utile per misurare l'usura dei veicoli commerciali, in particolare per tenere traccia del tempo di inattività, poiché il contachilometri non registra il chilometraggio quando un veicolo utilizza una presa di forza per rimanere fermo per ore ogni giorno.
Le ore del motore possono anche essere utilizzate per pianificare la manutenzione preventiva e capire quanto è stato utilizzato un veicolo.
Il rapporto tra ore motore e miglia può essere utilizzato per elaborare un piano completo per la sostituzione dei veicoli, migliorare i programmi di manutenzione e tenere traccia dell'andamento di una flotta.
I motori moderni hanno una parte chiamata modulo di controllo del motore (ECM) che conta il numero di giri del motore e la durata di ogni giro.
Moduli di controllo del motore automobilistico
I moduli di controllo del motore automobilistico (ECM) utilizzano una serie di misure di sicurezza per assicurarsi che funzionino correttamente e impedire alle persone di interferire con loro.
Ad esempio, incorporano hardware di verifica e meccanismi di sicurezza, utilizzano standard di sicurezza automobilistica come SAE J3061 e ISO/SAE 21434 e seguono processi di verifica.
Gli ECM possono anche essere protetti utilizzando controlli di plausibilità per trovare segnali che sono stati falsificati o modificati.
Questo viene fatto confrontando i valori del sensore con i valori cablati per assicurarsi che siano corretti. Ciò rende più difficile per le persone cattive apportare modifiche all'ECM.
Infine, i moderni ECM sono realizzati con parti di computer come microprocessori che possono ricevere, interpretare e agire rapidamente sugli input dei sensori. Questo aiuta a garantire che il sistema funzioni correttamente.
L'EPA ha una politica in atto per garantire che i divieti del Clean Air Act sulla manomissione e sui dispositivi di manipolazione post-vendita siano seguiti.
Questi divieti durano per l'intera vita di un veicolo, rendono illegale per i concessionari vendere veicoli manomessi che sono già in circolazione e richiedono ispezioni regolari dei veicoli per assicurarsi che i sistemi diagnostici di bordo delle emissioni funzionino correttamente.
I sintonizzatori, che sono prodotti che modificano una ECU, possono essere dispositivi di contraffazione aftermarket illegali e utilizzarli o inserirli potrebbe essere una manomissione illegale.
Casi d'uso
| Compito: | Descrizione: |
|---|---|
| Auto e altri veicoli | Automobili, camion e autobus sono i luoghi più comuni in cui vengono utilizzati i motori automobilistici. Questi motori danno al veicolo la potenza di cui ha bisogno per andare avanti. Sono una parte importante del trasporto moderno. |
| Propulsione di aeromobili | Un altro luogo importante in cui vengono utilizzati i motori delle automobili è negli aeroplani, dove forniscono la spinta necessaria per il decollo e il volo. La maggior parte dei motori degli aeroplani sono più potenti ed efficienti dei motori delle auto perché devono essere in grado di creare più portanza e superare la resistenza dell'aria. |
| Attrezzatura agricola | I motori delle automobili sono spesso utilizzati nei trattori e in altri tipi di macchine agricole. Questi motori devono essere sufficientemente robusti e duraturi per gestire i carichi pesanti e il duro lavoro che derivano dall'agricoltura. |
| Produzione di energia | Ci sono momenti in cui i motori delle automobili possono essere utilizzati anche per produrre energia. Il più delle volte, questi motori vengono utilizzati nei gruppi elettrogeni, che vengono utilizzati per alimentare case e aziende quando l'alimentazione si interrompe. |
| Propulsione marina | Barche e altri tipi di moto d'acqua possono anche essere alimentati da motori di automobili. I motori marini sono generalmente realizzati per durare più a lungo e resistere alla corrosione meglio dei motori delle automobili perché devono lavorare nel duro ambiente marino. |
| Da corsa | Un altro modo in cui vengono utilizzati i motori delle auto è nelle corse, dove alimentano auto ad alte prestazioni che possono andare molto veloci. La maggior parte dei motori da corsa sono ottimizzati per ottenere il massimo da essi e possono produrre molta più potenza di un normale motore per auto. |
| Tosaerba e altri piccoli attrezzi | Infine, i motori delle auto possono essere utilizzati anche per alimentare tosaerba, motoseghe e altri piccoli attrezzi. La maggior parte delle volte, questi motori non sono potenti come i loro omologhi più grandi, ma devono comunque essere sufficientemente affidabili ed efficienti per gestire l'uso quotidiano. |
Riferimenti:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Conclusione
In conclusione, il motore dell'auto è un incredibile pezzo di tecnologia che ha cambiato il modo in cui viaggiamo e viviamo.
Gli ingegneri sono stati in prima linea nella realizzazione di queste fantastiche macchine, dai primi motori a combustione interna ai più avanzati propulsori ibridi ed elettrici di oggi.
Ma il motore dell'auto è anche un simbolo di qualcosa di più profondo: il nostro naturale desiderio di spingere i limiti di ciò che è possibile, rompere le barriere e sognare un domani migliore.
Guardando al futuro, è chiaro che il motore automobilistico continuerà a essere una parte importante della nostra vita
È il motore che alimenta le auto che ci portano al lavoro, a scuola e in altri luoghi.
Ma è anche un promemoria di quanto sia potente la creatività umana, quanto siano disposte le persone a provare cose nuove e quanto può fare la mente umana.
Quindi, la prossima volta che avvii la tua auto, prenditi un momento per pensare all'incredibile ingegneria che rende tutto possibile e ricorda che le possibilità sono davvero infinite.
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