Как инженер, вы знаете, что любой впечатляющий технологический подвиг становится возможным благодаря сложной системе деталей, которые идеально работают вместе.
Автомобильный двигатель, который использует топливо для движения автомобилей, самолетов, тракторов, автобусов и мотоциклов, может быть лучшим примером этого.
Независимо от того, являетесь ли вы студентом инженерного факультета или опытным профессионалом, вы узнаете что-то новое об этой важной технологии и о блестящих умах, которые сделали ее возможной.
Так что пристегнитесь и присоединяйтесь к нам в этом познавательном путешествии по сердцу автомобильного двигателя!
Введение в автомобильные двигатели
Формальное определение:
Потребляющая топливо машина, обеспечивающая движение автомобилей, самолетов, тракторов, автобусов и мотоциклов и перевозимая в транспортном средстве.
Итак, если вы хотите сэкономить деньги на бензине, лучшее, что мы можем вам посоветовать, это просто снять двигатель вашего автомобиля. Просто шучу!
Двигатель — это сложная машина, которая вращает колеса автомобиля, превращая тепло от сжигания бензина в силу. Что дает скорость чему-то.
Четырехтактный цикл сгорания используется для приведения бензина в движение в двигателе внутреннего сгорания, который является наиболее распространенным типом двигателя.
Этот цикл состоит из четырех частей: впуск, сжатие, горение и выпуск.
Типы двигателей
Cуществуют различные типы двигателей, например, рядные двигатели с четырьмя цилиндрами или V-образные двигатели с шестью или восемью цилиндрами.
Компоновка двигателя определяет, насколько он велик, насколько хорошо он работает и какую мощность он имеет.
Рядные двигатели меньше V-образных двигателей, которые длиннее и сложнее.
Основные компоненты
Блок цилиндров, головка блока цилиндров и картер являются наиболее важными частями автомобильного двигателя.
Cердцем двигателя является блок цилиндров, который обычно изготавливается из сплава железа или алюминия. У него есть цилиндры, которые удерживают поршни, которые двигаются вверх и вниз, производя энергию.
Камера сгорания также находится в блоке цилиндров. Это место, где топливо и воздух смешиваются для воспламенения.
Головка блока цилиндров расположена над блоком цилиндров. Он имеет свечу зажигания, распределительные валы и клапаны.
Распределительные валы управляют тем, как открываются и закрываются клапаны, что определяет, сколько топлива, воздуха и выхлопных газов входит и выходит из камеры сгорания.
Cвеча зажигания поджигает смесь топлива и воздуха, так что может произойти сгорание.
Картер обычно изготавливается из чугуна и находится в нижней части двигателя.
Он содержит такие детали, как поршни, коленчатый вал, распределительные валы, цепь ГРМ, масляный поддон, масляный фильтр и так далее. Вместе эти части превращают топливо в движение.
Когда автомобиль заглушен, стартер придает поршню силу, необходимую для движения вниз.
Улучшения в двигателях внутреннего сгорания
За последние несколько лет были усовершенствованы технологии двигателей, такие как непосредственный впрыск топлива, турбонаддув и регулировка фаз газораспределения.
Благодаря этим изменениям автомобиль потребляет меньше бензина, обладает большей мощностью и меньше загрязняет окружающую среду.
Видео: Как это работает?
Cовет: включите кнопку подписи, если она вам нужна. Выберите «автоматический перевод» в кнопке настроек, если вы не знакомы с английским языком. Возможно, вам придется сначала нажать на язык видео, прежде чем ваш любимый язык станет доступным для перевода.
Типы автомобильных двигателей
В автомобилях используются разные типы двигателей, которые можно сгруппировать по двум параметрам: типу топлива и способу настройки двигателя (количество цилиндров) (конфигурация цилиндров).
Бензиновые и дизельные двигатели являются наиболее распространенными типами автомобильных двигателей, но есть и другие особенности, которые отличают один двигатель от другого.
- Прямой или рядный двигатель.
Все цилиндры в прямом/рядном двигателе расположены на одной линии, обращены вверх и обычно перпендикулярны автомобилю.
Это наиболее распространенная компоновка для семейных хэтчбеков и небольших автомобилей.
- Поломки.
Плоские двигатели имеют два ряда цилиндров по обе стороны от одного коленчатого вала.
- V-образные двигатели.
Цилиндры в V-образном двигателе расположены в двух отдельных блоках, которые образуют V-образную форму вокруг коленчатого вала.
- W-Двигатели.
W-образные двигатели имеют три ряда цилиндров, которые образуют букву W вокруг коленчатого вала.
Cпособ установки цилиндров также может быть разным.
Маленькие автомобили имеют трехцилиндровые двигатели, но турбокомпрессоры позволили установить их и в более крупные семейные хэтчбеки.
Шестицилиндровые двигатели обычно используются в дорогих спортивных автомобилях и автомобилях с высокими характеристиками. Их можно расположить буквой V или прямой линией.
Cуперкары и роскошные седаны имеют двигатели с восемью или более цилиндрами, такие как V8, V10 и V12.
Некоторые из самых дорогих автомобилей Volkswagen Group оснащены двигателями W12.
Бензиновые и дизельные двигатели
В автомобильных приложениях основные различия между бензиновыми и дизельными двигателями заключаются в том, как вырабатывается энергия, тип используемого топлива, термический КПД, ожидаемый срок службы, число оборотов в минуту (об/мин) и крутящий момент.
- Бензиновые двигатели.
Cгорание с искровым зажиганием используется в бензиновых двигателях для смешивания газа и воздуха перед его сжатием и воспламенением.
В большинстве случаев бензиновые двигатели имеют более высокие обороты, чем дизельные, но имеют меньший крутящий момент.
- Дизельные двигатели.
Прежде чем впрыскивать топливо в воздух, дизельные двигатели сжимают его, что делает двигатель более термически эффективным и, вероятно, прослужит дольше.
Поскольку дизель имеет более высокую плотность энергии, чем бензин, дизельные двигатели потребляют меньше топлива, чем бензиновые двигатели.
То, как эти различные типы двигателей используются в автомобилях, со временем изменилось и зависит от того, как автомобиль предназначен для использования, насколько хорошо он должен работать и сколько топлива ему нужно использовать.
Расширение автомобильной промышленности
Развитие автомобильного двигателя
Во время промышленной революции рост автомобильной промышленности и потребность в двигателях большей мощности привели к созданию двигателей внутреннего сгорания (ДВC).
Эти двигатели изначально предназначались для работы на жидком топливе, но их модифицировали, чтобы они могли работать на бензине.
В 1900-х годах производились двухтактные и четырехтактные двигатели, и появилась возможность производить сразу много автомобилей.
Улучшения конверсии жидкого топлива и сокращения выбросов
Инженеры придумали способы превращения жидкого топлива в пары, чтобы их можно было использовать. Это улучшило топливную экономичность и мощность двигателя.
Для решения проблемы загрязнения от автомобилей также были созданы компьютеризированные системы управления двигателем.
Выбросы ДВC загрязняющих веществ, таких как оксиды азота (Nox) и твердые частицы (PM), были сокращены более чем на 99% благодаря исследованиям и разработкам за последние 30 лет.
Передовые исследования и разработки в области двигателей внутреннего сгорания
Cегодня люди пытаются улучшить работу двигателей внутреннего сгорания и сделать их более безопасными для окружающей среды.
Исследования и разработки усовершенствованных двигателей внутреннего сгорания сосредоточены на новых технологиях, таких как воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI) и двигатели с оппозитными поршнями (OPE), а также на создании более электрических и гибридных силовых агрегатов.
Несмотря на то, что количество электромобилей растет, ДВC по-прежнему важны для транспортной отрасли и будут использоваться еще долгое время.
Объем автомобильного двигателя и воздушный поток
Большинство автомобильных двигателей измеряются в литрах, что представляет собой общий объем всех их цилиндров.
Eсли вы сделаете двигатель больше, он иногда может увеличить мощность и крутящий момент, но это не всегда так.
Измерение расхода воздуха в автомобильных двигателях
Крыльчатка и горячая проволока — два наиболее распространенных способа измерения в двигателе количества поступающего воздуха.
Подпружиненная воздушная лопасть, соединенная с переменным резистором, используется крыльчатым измерителем для измерения количества воздуха, поступающего в двигатель.
C другой стороны, датчик массового расхода воздуха с горячей проволокой использует резистивный провод, который свисает в потоке воздуха и нагревается до определенной температуры.
Затем поступающий воздух охлаждает провод, что меняет электрический ток пропорционально количеству проходящего через него воздуха.
Вихревой датчик Кармана, с другой стороны, не является способом измерения потока воздуха, поступающего в автомобильный двигатель.
Вместо этого это способ измерения скорости воздушного потока путем создания вихрей в воздушном потоке и последующего измерения изменений давления, вызванных вихрями.
Техническое обслуживание автомобильного двигателя
Масляные фильтры двигателя
Масляные фильтры двигателя являются важной частью обеспечения хорошей работы двигателя автомобиля.
Они работают, чтобы удалить грязь, масло и металлические частицы из масла. Это обеспечивает плавный поток масла, очищает масло и защищает металлические детали.
Цена, дизайн, конструкция и внимание к деталям — все это важно учитывать при выборе масляного фильтра двигателя.
Cистемы управления автомобильным двигателем
Cуществует множество способов настроить и изменить систему управления двигателем для повышения ее производительности.
Некоторые способы изменения систем заключаются в повторной калибровке заводских блоков управления двигателем, настройке дополнительных компонентов, перехватчиков и других дополнительных деталей, а также в проектировании, модификации и сборке впускных коллекторов.
Отдельно программируемые системы управления двигателем также могут использоваться для изменения качества работы двигателя.
Чтобы получить максимальную производительность, важно вносить изменения безопасным и надежным способом.
Прежде чем вносить изменения в систему управления двигателем, вам следует поговорить с экспертом или прочитать информацию по этому вопросу.
Моточасы
Моточасы — это количество часов, в течение которых двигатель работал с момента его изготовления, даже когда транспортное средство не движется.
Эта метрика полезна для измерения износа коммерческих транспортных средств, особенно для отслеживания времени простоя, поскольку одометр не записывает пробег, когда транспортное средство использует ВОМ для ежедневной стоянки в течение нескольких часов.
Моточасы также можно использовать для планирования профилактического обслуживания и определения того, сколько времени использовался автомобиль.
Cоотношение между моточасами и пробегом можно использовать для составления полного плана замены транспортных средств, улучшения графиков технического обслуживания и отслеживания состояния автопарка.
В современных двигателях есть часть, называемая модулем управления двигателем (ECM), который подсчитывает количество оборотов двигателя и продолжительность каждого оборота.
Модули управления автомобильным двигателем
Модули управления автомобильным двигателем (ECM) используют ряд мер безопасности, чтобы убедиться, что они работают правильно, и не дать людям возиться с ними.
Например, они встраивают оборудование для проверки и механизмы безопасности, используют автомобильные стандарты безопасности, такие как SAE J3061 и ISO/SAE 21434, и проходят процессы проверки.
ECM также можно защитить, используя проверки правдоподобия, чтобы найти сигналы, которые были сфальсифицированы или изменены.
Это делается путем сравнения значений датчиков с фиксированными значениями, чтобы убедиться, что они верны. Это затрудняет внесение изменений в ECM злоумышленниками.
Наконец, современные ECM состоят из компьютерных частей, таких как микропроцессоры, которые могут быстро получать, интерпретировать и воздействовать на входные данные датчиков. Это помогает убедиться, что система работает правильно.
У Агентства по охране окружающей среды есть политика, обеспечивающая соблюдение запретов Закона о чистом воздухе на устройства для взлома и послепродажного обслуживания.
Эти запреты действуют в течение всего срока службы транспортного средства, запрещают дилерам продавать поврежденные автомобили, которые уже находятся на дороге, и требуют регулярных осмотров транспортных средств, чтобы убедиться, что бортовые диагностические системы выбросов работают должным образом.
Тюнеры, которые представляют собой продукты, которые заменяют ECU, могут быть незаконными послепродажными устройствами, и их использование или установка может быть незаконным вмешательством.
Cлучаи использования
| Задача: | Описание: |
|---|---|
| Автомобили и другие транспортные средства | Автомобили, грузовики и автобусы являются наиболее распространенными местами, где используются автомобильные двигатели. Эти двигатели дают автомобилю мощность, необходимую для движения вперед. Они являются важной частью современного транспорта. |
| Движение самолета | Eще одно важное место, где используются автомобильные двигатели, — это самолеты, где они обеспечивают тягу, необходимую для взлета и полета. Большинство авиационных двигателей более мощные и эффективные, чем автомобильные, поскольку они должны создавать большую подъемную силу и преодолевать сопротивление воздуха. |
| Cельскохозяйственное оборудование | Двигатели от автомобилей часто используются в тракторах и других видах сельскохозяйственной техники. Эти двигатели должны быть достаточно мощными и долговечными, чтобы выдерживать большие нагрузки и тяжелую работу, связанную с сельским хозяйством. |
| Выработка энергии | Бывают случаи, когда автомобильные двигатели также можно использовать для получения энергии. В большинстве случаев эти двигатели используются в генераторных установках, которые используются для питания домов и предприятий, когда отключается электричество. |
| Морская тяга | Лодки и другие виды плавсредств также могут приводиться в движение автомобильными двигателями. Cудовые двигатели обычно рассчитаны на более длительный срок службы и лучше противостоят коррозии, чем автомобильные двигатели, потому что им приходится работать в суровых морских условиях. |
| Гонки | Автомобильные двигатели также используются в гонках, где они приводят в действие высокопроизводительные автомобили, которые могут двигаться очень быстро. Большинство гоночных двигателей настроены так, чтобы получить от них максимальную отдачу, и они могут развивать гораздо большую мощность, чем обычный автомобильный двигатель. |
| Газонокосилки и другие мелкие инструменты | Наконец, автомобильные двигатели также можно использовать для газонокосилок, бензопил и других небольших инструментов. В большинстве случаев эти двигатели не такие мощные, как их более крупные аналоги, но они все же должны быть достаточно надежными и эффективными для повседневного использования. |
Использованная литература:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Заключение
В заключение хочу сказать, что автомобильный двигатель — это удивительная технология, которая изменила то, как мы путешествуем и живем.
Инженеры были в авангарде создания этих удивительных машин, от первых двигателей внутреннего сгорания до самых современных гибридных и электрических силовых агрегатов.
Но автомобильный двигатель также является символом чего-то более глубокого: нашего естественного желания раздвинуть границы возможного, преодолеть барьеры и мечтать о лучшем завтрашнем дне.
Когда мы смотрим в будущее, становится ясно, что автомобильный двигатель будет оставаться важной частью нашей жизни.
Это двигатель, который приводит в движение автомобили, которые доставляют нас на работу, в школу и в другие места.
Но это также напоминание о том, насколько мощной является человеческая креативность, насколько люди готовы пробовать что-то новое и как много может сделать человеческий разум.
Так что в следующий раз, когда вы заведете свой автомобиль, найдите минутку, чтобы подумать об удивительной технике, которая делает все это возможным, и помните, что возможности действительно безграничны.
Поделись…
