Als ingenieur weet je dat elk indrukwekkend technologisch hoogstandje mogelijk wordt gemaakt door een ingewikkeld systeem van perfect samenwerkende onderdelen.
De automotor, die brandstof gebruikt om auto's, vliegtuigen, tractoren, bussen en motorfietsen te laten voortbewegen, is hier misschien wel het beste voorbeeld van.
Of je nu een technische student bent of een doorgewinterde professional, je leert iets nieuws over deze belangrijke technologie en de briljante geesten die dit mogelijk hebben gemaakt.
Dus gordel om en ga met ons mee op deze leerzame rit door het hart van de automotor!
Inleiding tot automotoren
Formele definitie:
De brandstofverslindende machine die de aandrijfkracht levert voor auto's, vliegtuigen, tractoren, bussen en motorfietsen en die in het voertuig wordt vervoerd.
Dus als u geld wilt besparen op benzine, kunnen we u het beste vertellen dat u de motor van uw auto eruit moet halen. Grapje!
Een motor is een gecompliceerde machine die de wielen van een auto laat draaien door de hitte van brandende benzine in kracht om te zetten. Dat geeft snelheid aan iets.
Een viertakt verbrandingscyclus wordt gebruikt om benzine in beweging te brengen in een verbrandingsmotor, het meest voorkomende type motor.
Deze cyclus bestaat uit vier delen: inlaat, compressie, verbranding en uitlaat.
Soorten motoren
Er zijn verschillende soorten motoren, zoals lijnmotoren met vier cilinders of V-motoren met zes of acht cilinders.
De lay-out van de motor bepaalt hoe groot hij is, hoe goed hij werkt en hoeveel vermogen hij heeft.
Lijnmotoren zijn kleiner dan V-motoren, die langer en gecompliceerder zijn.
Hoofd onderdelen
Het cilinderblok, de cilinderkop en het carter zijn de belangrijkste onderdelen van een automotor.
Het hart van de motor is het cilinderblok, dat meestal is gemaakt van een ijzer- of aluminiumlegering. Het heeft cilinders die de zuigers vasthouden, die op en neer bewegen om energie te maken.
De verbrandingskamer zit ook in het cilinderblok. Het is waar brandstof en lucht zich vermengen om verbranding te maken.
De cilinderkop zit bovenop het cilinderblok. Het heeft een bougie, nokkenassen en kleppen.
De nokkenassen regelen hoe de kleppen openen en sluiten, wat bepaalt hoeveel brandstof, lucht en uitlaatgassen de verbrandingskamer in en uit gaan.
De bougie ontsteekt het mengsel van brandstof en lucht zodat verbranding kan plaatsvinden.
Het carter is meestal gemaakt van gietijzer en bevindt zich aan de onderkant van de motor.
Het bevat onderdelen zoals zuigers, de krukas, de nokkenassen, de distributieketting, het oliecarter, het oliefilter, enzovoort. Samen zetten deze onderdelen brandstof om in beweging.
Wanneer een auto wordt uitgeschakeld, geeft de startmotor de zuiger de kracht die hij nodig heeft om naar beneden te gaan.
Verbeteringen in verbrandingsmotoren
De afgelopen jaren zijn er verbeteringen aangebracht in de motortechnologie, zoals directe brandstofinjectie, turbolading en variabele kleptiming.
Door deze veranderingen verbruikt de auto minder benzine, heeft hij meer vermogen en stoot hij minder vervuiling uit.
Filmpje: hoe werkt het?
Tip: Schakel de ondertitelingsknop in als je die nodig hebt. Kies "automatische vertaling" in de instellingenknop, als u niet bekend bent met de Engelse taal. Mogelijk moet u eerst op de taal van de video klikken voordat uw favoriete taal beschikbaar komt voor vertaling.
Soorten automotoren
Er worden verschillende soorten motoren gebruikt in auto's, die kunnen worden gegroepeerd op twee dingen: het brandstoftype en de manier waarop de motor is afgesteld (het aantal cilinders) (cilinderconfiguratie).
Benzine- en dieselmotoren zijn de meest voorkomende soorten automotoren, maar er zijn andere dingen die de ene motor van de andere onderscheiden.
- Rechte of lijnmotoren.
Alle cilinders in een rechte/lijnmotor staan in een lijn, naar boven gericht en meestal loodrecht op de auto.
Dit is de meest gebruikelijke indeling voor gezinshatchbacks en kleinere auto's.
- Storingen.
Platte motoren hebben twee rijen cilinders aan weerszijden van een enkele krukas.
- V-motoren.
De cilinders in een V-motor zijn opgesteld in twee afzonderlijke rijen die een V rond de krukas vormen.
- W-motoren.
W-motoren hebben drie rijen cilinders die een W rond de krukas vormen.
Ook de opstelling van de cilinders kan verschillen.
Kleine auto's hebben driecilindermotoren, maar dankzij turbocompressoren kunnen ze ook in grotere gezinshatchbacks worden geplaatst.
Zescilindermotoren zijn meestal te vinden in high-end sportwagens en prestatieauto's. Ze kunnen in een V of in een rechte lijn worden opgesteld.
Supercars en luxe sedans hebben motoren met acht of meer cilinders, zoals V8's, V10's en V12's.
Enkele van de beste auto's van de Volkswagen Group hebben W12-motoren.
Benzine- en dieselmotoren
In automobieltoepassingen zijn de belangrijkste verschillen tussen benzine- en dieselmotoren de manier waarop energie wordt gemaakt, het type brandstof dat wordt gebruikt, thermisch rendement, levensverwachting, omwentelingen per minuut (RPM) en koppel.
- Benzine motoren.
Verbranding met vonkontsteking wordt gebruikt in benzinemotoren om gas en lucht te mengen voordat het wordt gecomprimeerd en ontstoken.
Meestal hebben benzinemotoren hogere toerentallen dan dieselmotoren, maar ze hebben minder koppel.
- Diesel motoren.
Voordat brandstof in de lucht wordt geïnjecteerd, persen dieselmotoren deze naar beneden, waardoor de motor thermisch efficiënter wordt en waarschijnlijk langer meegaat.
Omdat diesel een hogere energiedichtheid heeft dan benzine, verbruiken dieselmotoren minder brandstof dan benzinemotoren.
Hoe deze verschillende motortypes in auto's worden gebruikt, is in de loop van de tijd veranderd en hangt af van hoe de auto bedoeld is om te worden gebruikt, hoe goed hij moet presteren en hoeveel brandstof hij moet gebruiken.
Uitbreiding van de auto-industrie
De ontwikkeling van de automotor
Tijdens de industriële revolutie leidden de groei van de auto-industrie en de behoefte aan motoren met meer vermogen tot de creatie van interne verbrandingsmotoren (ICE's).
Deze motoren waren oorspronkelijk gemaakt om op vloeibare brandstoffen te lopen, maar ze werden gewijzigd zodat ze op benzine konden lopen.
In de jaren 1900 werden tweetakt- en viertaktmotoren gemaakt en werd het mogelijk om veel auto's tegelijk te maken.
Verbeteringen aan de omzetting van vloeibare brandstof en vermindering van emissies
Ingenieurs bedachten manieren om vloeibare brandstoffen om te zetten in dampen zodat ze konden worden gebruikt. Dit verbeterde het brandstofverbruik en het motorvermogen.
Om het probleem van vervuiling door auto's op te lossen, werden ook computergestuurde motormanagementsystemen gemaakt.
ICE-emissies van verontreinigende stoffen zoals stikstofoxiden (Nox) en fijn stof (PM) zijn met meer dan 99% verminderd dankzij onderzoek en ontwikkeling in de afgelopen 30 jaar.
Onderzoek en ontwikkeling van geavanceerde verbrandingsmotoren
Tegenwoordig proberen mensen verbrandingsmotoren beter te laten lopen en beter te zijn voor het milieu.
Onderzoek en ontwikkeling op het gebied van geavanceerde verbrandingsmotoren richt zich op nieuwe technologieën zoals homogene ladingscompressieontsteking (HCCI) en tegengestelde zuigermotoren (OPE), evenals het meer elektrisch en hybride maken van aandrijflijnen.
Hoewel het aantal elektrische voertuigen groeit, zijn ICE's nog steeds belangrijk voor de transportsector en zullen ze nog lang worden gebruikt.
Automotive motorgrootte en luchtstroom
De meeste automotoren worden gemeten in liters, het totale volume van al hun cilinders.
Als je de motor groter maakt, kan hij soms meer pk's en koppel maken, maar dit is niet altijd het geval.
Luchtstroomdetectie in automotoren
De schoepenmeter en de hete draad zijn de twee meest gebruikelijke manieren voor een motor om te meten hoeveel lucht er binnenkomt.
Een veerbelaste luchtvaan aangesloten op een variabele weerstand wordt gebruikt door de vaanmeter om de hoeveelheid lucht te meten die de motor in gaat.
De massale luchtstroomsensor met hete draad gebruikt daarentegen een weerstandsdraad die in de luchtstroom hangt en tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd
De binnenkomende lucht koelt vervolgens de draad af, waardoor de elektrische stroom verandert op een manier die evenredig is met de hoeveelheid lucht die er doorheen gaat.
De Kármán-vortexsensor daarentegen is geen manier om de inkomende luchtstroom in een automotor te meten.
In plaats daarvan is het een manier om de luchtstroomsnelheid te meten door wervelingen in de luchtstroom te veroorzaken en vervolgens door de wervelingen veroorzaakte drukveranderingen te meten.
Motoronderhoud voor auto's
Motoroliefilters
Motoroliefilters zijn een belangrijk onderdeel om ervoor te zorgen dat de motor van een auto goed loopt.
Ze werken om vuil, olie en metaaldeeltjes uit de olie te halen. Dit laat de olie soepel stromen, reinigt de olie en beschermt de metalen onderdelen.
Prijs, ontwerp, constructie en aandacht voor detail zijn allemaal belangrijke zaken om over na te denken bij het kiezen van een motoroliefilter.
Motormanagementsystemen voor auto's
Er zijn veel manieren om een motormanagementsysteem af te stemmen en te wijzigen om de prestaties te verbeteren.
Enkele manieren om de systemen te wijzigen, zijn door de fabrieks-ECM's opnieuw te kalibreren, af te stemmen met piggybacks, interceptors en andere extra onderdelen, en inlaatspruitstukken te ontwerpen, aan te passen en te bouwen.
Afzonderlijk programmeerbare motormanagementsystemen kunnen ook worden gebruikt om de werking van een motor te veranderen.
Om de beste prestaties te krijgen, is het belangrijk om wijzigingen op een veilige en betrouwbare manier door te voeren.
Voordat u wijzigingen aanbrengt in uw motormanagementsysteem, dient u met een expert te praten of u in te lezen over het onderwerp.
Motoruren
Motoruren zijn het aantal uren dat een motor heeft gedraaid sinds deze voor het eerst werd gemaakt, zelfs wanneer het voertuig stilstaat.
Deze maatstaf is handig voor het meten van de slijtage van bedrijfsvoertuigen, vooral om de stationaire tijd bij te houden, aangezien de kilometerteller geen kilometerstand registreert wanneer een voertuig een aftakas gebruikt om elke dag urenlang stil te staan.
Motoruren kunnen ook worden gebruikt om preventief onderhoud te plannen en erachter te komen hoeveel een voertuig is gebruikt.
De relatie tussen motoruren en kilometers kan worden gebruikt om een compleet plan te maken voor het vervangen van voertuigen, het verbeteren van onderhoudsschema's en het bijhouden van hoe goed een wagenpark het doet.
Moderne motoren hebben een onderdeel dat een motorregeleenheid (ECM) wordt genoemd en dat telt hoe vaak de motor draait en hoe lang elke omwenteling duurt.
Motorbesturingsmodules voor auto's
Motorregelmodules (ECM's) voor auto's gebruiken een aantal beveiligingsmaatregelen om ervoor te zorgen dat ze goed werken en voorkomen dat mensen ermee rommelen.
Ze integreren bijvoorbeeld verificatiehardware en veiligheidsmechanismen, gebruiken beveiligingsnormen voor auto's zoals SAE J3061 en ISO/SAE 21434 en doorlopen verificatieprocessen.
ECM's kunnen ook worden beschermd door plausibiliteitscontroles te gebruiken om signalen te vinden die vervalst of gewijzigd zijn.
Dit wordt gedaan door sensorwaarden te vergelijken met bedrade waarden om er zeker van te zijn dat ze correct zijn. Dit maakt het moeilijker voor slechte mensen om wijzigingen aan te brengen in de ECM.
Ten slotte worden moderne ECM's gemaakt met computeronderdelen zoals microprocessors die snel sensorinvoer kunnen ontvangen, interpreteren en erop reageren. Dit helpt ervoor te zorgen dat het systeem goed werkt.
De EPA heeft een beleid om ervoor te zorgen dat de verboden van de Clean Air Act op sabotage en aftermarket-manipulatie-instrumenten worden nageleefd.
Deze verboden duren de hele levensduur van een voertuig, maken het voor dealers onwettig om voertuigen te verkopen waarmee is geknoeid die al op de weg zijn, en vereisen regelmatige inspecties van voertuigen om er zeker van te zijn dat de diagnostische systemen aan boord van emissies naar behoren werken.
Tuners, dit zijn producten die een ECU veranderen, kunnen illegale manipulatie-instrumenten zijn en het gebruik ervan of het plaatsen ervan kan illegaal geknoei zijn.
Gebruik gevallen
| Taak: | Beschrijving: |
|---|---|
| Auto's en andere voertuigen | Auto's, vrachtwagens en bussen zijn de meest voorkomende plaatsen waar automotoren worden gebruikt. Deze motoren geven het voertuig het vermogen dat het nodig heeft om vooruit te komen. Ze vormen een belangrijk onderdeel van het moderne transport. |
| Aandrijving van vliegtuigen | Een andere belangrijke plaats waar automotoren worden gebruikt, is in vliegtuigen, waar ze de stuwkracht leveren die nodig is voor het opstijgen en vliegen. De meeste vliegtuigmotoren zijn krachtiger en efficiënter dan automotoren omdat ze meer lift moeten kunnen creëren en de weerstand van de lucht moeten overwinnen. |
| Landbouwmachines | Motoren van auto's worden vaak gebruikt in tractoren en andere soorten landbouwmachines. Deze motoren moeten sterk en duurzaam genoeg zijn om de zware lasten en het harde werk van de landbouw aan te kunnen. |
| Stroomopwekking | Er zijn tijden dat automotoren ook kunnen worden gebruikt om stroom te maken. Meestal worden deze motoren gebruikt in generatorsets, die worden gebruikt om huizen en bedrijven van stroom te voorzien als de stroom uitvalt. |
| Mariene voortstuwing | Boten en andere soorten waterscooters kunnen ook worden aangedreven door automotoren. Scheepsmotoren zijn meestal gemaakt om langer mee te gaan en beter bestand te zijn tegen corrosie dan automotoren, omdat ze moeten werken in de ruige maritieme omgeving. |
| Racen | Een andere manier waarop automotoren worden gebruikt, is in de racerij, waar ze krachtige auto's aandrijven die erg snel kunnen gaan. De meeste racemotoren zijn aangepast om er het maximale uit te halen, en ze kunnen veel meer vermogen leveren dan een gewone automotor. |
| Grasmaaiers en ander klein gereedschap | Ten slotte kunnen automotoren ook worden gebruikt om grasmaaiers, kettingzagen en ander klein gereedschap aan te drijven. Meestal zijn deze motoren niet zo sterk als hun grotere tegenhangers, maar ze moeten toch betrouwbaar en efficiënt genoeg zijn voor dagelijks gebruik. |
Referenties:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Conclusie
Kortom, de motor van een auto is een geweldig stuk technologie dat de manier waarop we reizen en leven heeft veranderd.
Ingenieurs hebben het voortouw genomen bij het maken van deze geweldige machines, van de eerste verbrandingsmotoren tot de meest geavanceerde hybride en elektrische aandrijflijnen van vandaag.
Maar de automotor is ook een symbool van iets diepers: ons natuurlijke verlangen om de grenzen van wat mogelijk is te verleggen, barrières te doorbreken en te dromen van een betere toekomst.
Als we naar de toekomst kijken, is het duidelijk dat de automotor een belangrijk onderdeel van ons leven zal blijven
Het is de motor die de auto's aandrijft die ons naar het werk, school en andere plaatsen brengen.
Maar het herinnert er ook aan hoe krachtig de menselijke creativiteit is, hoe bereid mensen zijn om nieuwe dingen te proberen en hoeveel de menselijke geest kan doen.
Dus neem de volgende keer dat u uw auto start even de tijd om na te denken over de geweldige techniek die dit allemaal mogelijk maakt, en onthoud dat de mogelijkheden werkelijk eindeloos zijn.
Delen op…
