Inuti Fordonsmotorer: Hur De Fungerar

Som ingenjör vet du att varje imponerande teknisk bedrift möjliggörs av ett komplicerat system av delar som fungerar perfekt tillsammans.

Bilmotorn, som använder bränsle för att flytta bilar, flygplan, traktorer, bussar och motorcyklar, kan vara det bästa exemplet på detta.

Oavsett om du är en ingenjörsstudent eller en erfaren professionell kommer du att lära dig något nytt om denna viktiga teknik och de briljanta sinnen som gjorde det möjligt.

Så spänn fast dig och följ med oss ​​på denna lärorika resa genom hjärtat av fordonsmotorn!

Introduktion till fordonsmotorer

Formell definition:

Den bränsleförbrukande maskinen som tillhandahåller drivkraften för bilar, flygplan, traktorer, bussar och motorcyklar och som transporteras i fordonet.

Så om du vill spara pengar på bensin, är det bästa vi kan berätta för dig att bara ta ut din bils motor. Skojar bara!

En motor är en komplicerad maskin som vrider hjulen på en bil genom att vända värmen från brinnande bensin till kraft. Vilket ger fart åt något.

En fyrtaktsförbränningscykel används för att sätta bensin i rörelse i en förbränningsmotor, vilket är den vanligaste typen av motor.

Denna cykel har fyra delar: insug, kompression, förbränning och avgas.

Typer av motorer

Det finns olika typer av motorer, som radmotorer med fyra cylindrar eller V-motorer med sex eller åtta cylindrar.

Motorns layout avgör hur stor den är, hur bra den fungerar och hur mycket kraft den har.

Radmotorer är mindre än V-motorer, som är längre och mer komplicerade.

Huvudkomponenter

Cylinderblocket, cylinderhuvudet och vevhuset är de viktigaste delarna av en bilmotor.

Motorns hjärta är cylinderblocket, som vanligtvis är tillverkat av järn eller aluminiumlegering. Den har cylindrar som håller kolvarna, som rör sig upp och ner för att producera energi.

Förbränningskammaren finns också i cylinderblocket. Det är där bränsle och luft blandas för att göra förbränning.

Cylinderhuvudet sitter ovanpå cylinderblocket. Den har ett tändstift, kamaxlar och ventiler.

Kamaxlarna styr hur ventilerna öppnar och stänger, vilket styr hur mycket bränsle, luft och avgaser som går in i och ut ur förbränningskammaren.

Tändstiftet tänder blandningen av bränsle och luft så att förbränning kan ske.

Vevhuset är vanligtvis tillverkat av gjutjärn och sitter i botten av motorn.

Den rymmer delar som kolvar, vevaxeln, kamaxlarna, kamkedjan, oljetråget, oljefiltret och så vidare. Tillsammans förvandlar dessa delar bränsle till rörelse.

När en bil stängs av ger startmotorn kolven den kraft den behöver för att röra sig nedåt.

Förbättringar i förbränningsmotorer

Under de senaste åren har det skett förbättringar inom motorteknologin, såsom direkt bränsleinsprutning, turboladdning och variabel ventiltid.

På grund av dessa förändringar förbrukar bilen mindre gas, har mer kraft och släpper ut mindre föroreningar.

Video: Hur fungerar det?

Tips: Slå på bildtextknappen om du behöver den. Välj "automatisk översättning" i inställningsknappen om du inte är bekant med det engelska språket. Du kan behöva klicka på språket för videon först innan ditt favoritspråk blir tillgängligt för översättning.

Typer av fordonsmotorer

Det finns olika typer av motorer som används i bilar, som kan grupperas efter två saker: bränsletypen och hur motorn är inställd (antal cylindrar) (cylinderkonfiguration).

Bensin- och dieselmotorer är de vanligaste typerna av bilmotorer, men det finns andra saker som skiljer en motor från en annan.

• Raka eller inlinemotorer.

Alla cylindrarna i en rak/inlinemotor är i linje, vända uppåt och vanligtvis vinkelräta mot bilen.

Detta är den vanligaste layouten för familjekombi och mindre bilar.

• Uppdelningar.

Platta motorer har två cylindrar på vardera sidan av en enda vevaxel.

• V-motorer.

Cylindrarna i en V-motor är uppsatta i två separata banker som bildar ett V runt vevaxeln.

• W-motorer.

W-motorer har tre rader av cylindrar som bildar ett W runt vevaxeln.

Sättet cylindrarna är uppsatta på kan också vara olika.

Små bilar har trecylindriga motorer, men turboladdare har gjort det möjligt att sätta in dem även i större familjekombi.

Sexcylindriga motorer finns vanligtvis i avancerade sportbilar och prestandabilar. De kan sättas upp i ett V eller i en rak linje.

Superbilar och lyxbilar har motorer med åtta eller fler cylindrar, som V8s, V10s och V12s.

Några av Volkswagen Groups mest avancerade bilar har W12-motorer.

Bensin- och dieselmotorer

I biltillämpningar är de största skillnaderna mellan bensin- och dieselmotorer hur energin tillverkas, vilken typ av bränsle som används, termisk effektivitet, förväntad livslängd, varv per minut (RPM) och vridmoment.

• Bensinmotorer.

Gnistantänd förbränning används i bensinmotorer för att blanda gas och luft innan den komprimeras och tänds.

För det mesta har bensinmotorer högre varvtal än dieselmotorer, men de har mindre vridmoment.

• Dieselmotorer.

Innan bränsle sprutas in i luften, pressar dieselmotorer ner det, vilket gör motorn mer termiskt effektiv och kommer sannolikt att hålla längre.

Eftersom diesel har en högre energitäthet än bensin använder dieselmotorer mindre bränsle än bensinmotorer.

Hur dessa olika motortyper används i bilar har förändrats över tiden och beror på hur bilen är tänkt att användas, hur väl den behöver prestera och hur mycket bränsle den behöver använda.

Expansion av fordonsindustrin

Utvecklingen av fordonsmotorn

Under den industriella revolutionen ledde tillväxten av bilindustrin och behovet av motorer med mer kraft till skapandet av förbränningsmotorer (ICE).

Dessa motorer gjordes ursprungligen för att drivas med flytande bränslen, men de byttes så att de kunde köras på bensin.

På 1900-talet tillverkades två- och fyrtaktsmotorer och det blev möjligt att tillverka många bilar på en gång.

Förbättringar av omvandling av flytande bränsle och minskning av utsläpp

Ingenjörer kom på sätt att förvandla flytande bränslen till ångor så att de kunde användas. Detta förbättrade bränsleeffektiviteten och motoreffekten.

För att lösa problemet med föroreningar från bilar gjordes även datoriserade motorstyrningssystem.

ICE-utsläpp av kriterier för föroreningar som kväveoxider (Nox) och partiklar (PM) har minskat med mer än 99 % tack vare forskning och utveckling under de senaste 30 åren.

Avancerad forskning och utveckling av förbränningsmotorer

Idag försöker människor få förbränningsmotorer att fungera bättre och vara bättre för miljön.

Forskning och utveckling kring avancerade förbränningsmotorer fokuserar på ny teknik som homogen laddningskompressionständning (HCCI) och motkolvmotorer (OPE), samt att göra drivlinor mer elektriska och hybrida.

Även om antalet elfordon växer är ICE fortfarande viktiga för transportbranschen och kommer att användas under lång tid framöver.

Fordonsmotorstorlek och luftflöde

De flesta bilmotorer mäts i liter, vilket är den totala volymen av alla deras cylindrar.

Om du gör motorn större kan den ibland göra mer hästkrafter och vridmoment, men så är det inte alltid.

Luftflödesavkänning i fordonsmotorer

Vinkelmätaren och den heta tråden är de två vanligaste sätten för en motor att mäta hur mycket luft som kommer in.

En fjäderbelastad luftvinge ansluten till ett variabelt motstånd används av skovelmätaren för att mäta mängden luft som går in i motorn.

Hotwire massluftflödessensorn använder å andra sidan en resistiv tråd som hänger ner i luftflödet och värms upp till en viss temperatur

Den inkommande luften kyler sedan tråden, vilket ändrar den elektriska strömmen på ett sätt som är proportionellt mot mängden luft som passerar igenom.

Virvelsensorn från Kármán är å andra sidan inte ett sätt att mäta inkommande luftflöde i en bilmotor.

Istället är det ett sätt att mäta luftflödeshastigheten genom att orsaka virvlar i luftflödet och sedan mäta tryckförändringar orsakade av virvlarna.

Motorunderhåll för fordon

Motoroljefilter

Motoroljefilter är en viktig del för att se till att en bils motor går bra.

De arbetar för att få ut smuts, olja och metallpartiklar ur oljan. Detta låter oljan flöda smidigt, rengör oljan och skyddar metalldelarna.

Pris, design, konstruktion och uppmärksamhet på detaljer är alla viktiga saker att tänka på när du väljer ett motoroljefilter.

Motorstyrningssystem för fordon

Det finns många sätt att ställa in och ändra ett motorstyrningssystem för att förbättra dess prestanda.

Några sätt att ändra systemen är att omkalibrera fabrikens ECM, ställa in med piggybacks, interceptorer och andra extradelar, och designa, modifiera och bygga insugningsgrenrör.

Separat programmerbara motorstyrningssystem kan också användas för att ändra hur väl en motor fungerar.

För att få bästa prestanda är det viktigt att göra ändringar på ett säkert och tillförlitligt sätt.

Innan du gör ändringar i ditt motorstyrsystem bör du prata med en expert eller läsa på om ämnet.

Motortimmar

Motortimmar är antalet timmar som en motor har varit igång sedan den först tillverkades, även när fordonet inte rör sig.

Detta mått är användbart för att mäta slitaget på kommersiella fordon, särskilt för att hålla reda på tomgångstid, eftersom vägmätaren inte registrerar körsträcka när ett fordon använder ett kraftuttag för att sitta still i timmar varje dag.

Motortimmar kan också användas för att planera förebyggande underhåll och räkna ut hur mycket ett fordon har använts.

Förhållandet mellan motortimmar och mil kan användas för att göra en komplett plan för att byta fordon, förbättra underhållsscheman och hålla reda på hur bra en flotta går.

Moderna motorer har en del som kallas en motorkontrollmodul (ECM) som räknar hur många gånger motorn svänger och hur lång tid varje varv tar.

Motorstyrningsmoduler för fordon

Motorstyrningsmoduler för fordon (ECM) använder ett antal säkerhetsåtgärder för att se till att de fungerar rätt och hindra människor från att bråka med dem.

Till exempel bäddar de in verifieringshårdvara och säkerhetsmekanismer, använder bilsäkerhetsstandarder som SAE J3061 och ISO/SAE 21434 och går igenom verifieringsprocesser.

ECM kan också skyddas genom att använda rimlighetskontroller för att hitta signaler som har förfalskats eller ändrats.

Detta görs genom att jämföra sensorvärden med fastanslutna värden för att säkerställa att de är korrekta. Detta gör det svårare för dåliga människor att göra ändringar i ECM.

Slutligen är moderna ECM tillverkade med datordelar som mikroprocessorer som snabbt kan ta emot, tolka och agera på sensoringångar. Detta hjälper till att säkerställa att systemet fungerar korrekt.

EPA har en policy på plats för att se till att Clean Air Acts förbud mot manipulering och eftermarknadsnederlagsanordningar följs.

Dessa förbud varar under ett fordons hela livslängd, gör det olagligt för återförsäljare att sälja manipulerade fordon som redan är på vägen, och kräver regelbundna inspektioner av fordon för att försäkra sig om att diagnossystemen för utsläpp ombord fungerar korrekt.

Tuners, som är produkter som ändrar en ECU, kan vara olagliga eftermarknadsnedbrytare, och att använda dem eller sätta i dem kan vara olaglig manipulering.

Användningsfall

Uppgift:	Beskrivning:
Bilar och andra fordon	Bilar, lastbilar och bussar är de vanligaste platserna där bilmotorer används. Dessa motorer ger fordonet kraften det behöver för att röra sig framåt. De är en viktig del av moderna transporter.
Framdrivning av flygplan	En annan viktig plats där bilmotorer används är i flygplan, där de ger den kraft som behövs för start och flygning. De flesta flygplansmotorer är mer kraftfulla och effektiva än bilmotorer eftersom de måste kunna skapa mer lyftkraft och övervinna luftmotståndet.
Jordbruksutrustning	Motorer från bilar används ofta i traktorer och andra typer av jordbruksmaskiner. Dessa motorer måste vara tillräckligt starka och hållbara för att klara de tunga belastningarna och det hårda arbetet som följer med jordbruket.
Kraftgenerering	Det finns tillfällen då bilmotorer också kan användas för att göra kraft. För det mesta används dessa motorer i generatoraggregat, som används för att driva hem och företag när strömmen går.
Marin framdrivning	Båtar och andra typer av vattenskotrar kan också drivas av bilmotorer. Marinmotorer är vanligtvis gjorda för att hålla längre och motstå korrosion bättre än bilmotorer eftersom de måste fungera i den hårda marina miljön.
Tävlings	Ett annat sätt som bilmotorer används är i racing, där de driver högpresterande bilar som kan gå väldigt fort. De flesta racingmotorer är tweaked för att få ut det mesta av dem, och de kan göra mycket mer kraft än en vanlig bilmotor.
Gräsklippare och andra småverktyg	Slutligen kan bilmotorer också användas för att driva gräsklippare, motorsågar och andra små verktyg. För det mesta är dessa motorer inte lika starka som sina större motsvarigheter, men de måste fortfarande vara pålitliga och effektiva nog för att klara daglig användning.

Referenser:

https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863

Slutsats

Sammanfattningsvis är bilmotorn ett fantastiskt stycke teknik som har förändrat vårt sätt att resa och leva.

Ingenjörer har legat i framkant när det gäller att tillverka dessa fantastiska maskiner, från de första förbränningsmotorerna till dagens mest avancerade hybrid- och elektriska drivlinor.

Men bilmotorn är också en symbol för något djupare: vår naturliga önskan att tänja på gränserna för vad som är möjligt, bryta igenom barriärer och drömma om en bättre morgondag.

När vi ser på framtiden är det tydligt att fordonsmotorn kommer att fortsätta att vara en viktig del av våra liv

Det är motorn som driver bilarna som tar oss till jobbet, skolan och andra platser.

Men det är också en påminnelse om hur kraftfull mänsklig kreativitet är, hur villiga människor är att prova nya saker och hur mycket det mänskliga sinnet kan göra.

Så nästa gång du startar din bil, ta en stund att tänka på den fantastiska tekniken som gör allt möjligt, och kom ihåg att möjligheterna verkligen är oändliga.