Как работает автомобильный двигатель (с анимацией)

Автомобильные технологии прошли долгий путь с тех пор, как Генри Форд выпустил свою первую модель «Т» в 1908 году.

Сегодня у нас есть электронное управление двигателем, подушки безопасности, автоматические коробки передач и даже проигрыватель компакт-дисков, который можно использовать как телефон. Но единственное, что объединяет Model T и современные автомобили, — это двигатель внутреннего сгорания. .

Хотя элементы управления, используемые для его работы, радикально изменились, работа базового движка осталась прежней.

Конечная цель автомобильного двигателя – заставить вращаться коленчатый вал . Сила, приводящая автомобиль в движение, начинается с коленчатого вала.

Чтобы понять, как работает коленчатый вал, представьте себе велосипед, крутящий педали по дороге. Педали смещены от центра передней звездочки. Когда нажимается правая педаль, звездочка поворачивается, а левая педаль перемещается в положение, в котором ее также можно нажимать. Когда левая педаль нажата, она продолжает вращать звездочку, перемещая правую педаль в нужное положение. Этот цикл постоянно повторяется, вращая звездочку и двигая велосипед вперед.

Принципиально так работает коленчатый вал. Вместо педалей коленчатый вал приводится в движение поршнями. . Поршни двигаются вверх и вниз, каждый из которых поднимает другой в положение, чтобы быть следующим в очереди, чтобы провернуть коленчатый вал.

Чтобы понять, что заставляет поршни двигаться, вы должны сначала понять конфигурацию двигателя внутреннего сгорания. .

Блок двигателя отлит из металла, обычно из железа или алюминия. В блок встроены цилиндры. Цилиндры обычно имеют диаметр от трех до пяти дюймов и длину от пяти до десяти дюймов. Эти цифры сильно различаются в зависимости от рабочего объема двигателя. Автомобильные двигатели могут иметь от двух до двенадцати цилиндров в одном блоке цилиндров. В этой статье мы обсудим рядный четырехцилиндровый двигатель. .

Четырехцилиндровый двигатель спроектирован так, что все четыре цилиндра расположены по прямой линии. Коленчатый вал расположен под цилиндрами, так что каждый поршень, двигаясь вверх и вниз в своем цилиндре, может вращать коленчатый вал, как педали на велосипеде.

Поршни с помощью гибких колец идеально подходят к цилиндрам. Крайне важно, чтобы воздух не мог пройти мимо поршней, когда они движутся в цилиндре. Поршни соединены с коленчатым валом шатунами. Поршень толкает шток, шток толкает коленчатый вал, и коленчатый вал вращается. Ну, вы поняли.

Верхняя часть цилиндров плотно закрыта головкой блока цилиндров. Внутри головки находятся два клапана на цилиндр, впускной клапан и выпускной клапан. Также в головку вкручивается одна свеча зажигания на цилиндр. Головка настолько хорошо герметизирует цилиндр, что при закрытых клапанах воздух не может попасть в область над поршнем и под головкой. Это пространство называется камерой сгорания.

Так что же заставляет поршень двигаться вниз по цилиндру и вращать коленчатый вал в автомобильном двигателе внутреннего сгорания? Ответ:внутреннее сгорание. .

Каждый поршень совершает последовательность из четырех тактов. Ход определяется как перемещение поршня по длине цилиндра, будь то ход вверх или ход вниз. Четыре такта:впуск, сжатие, мощность и выпуск. . После выполнения этих четырех ударов последовательность начинается заново.

Во время такта впуска поршень движется вниз. Поскольку воздух не может попасть в область над поршнем (камера сгорания), создается вакуум, когда поршень движется вниз. Впускной клапан открывается, и вакуум, создаваемый поршнем, всасывает топливно-воздушную смесь в цилиндр через впускной клапан. Топливно-воздушная смесь должна составлять примерно 14,7 частей воздуха на 1 часть бензина. К моменту, когда поршень достигает нижней точки такта впуска, цилиндр заполняется воздушно-топливной смесью.

Впускной клапан закрывается, и поршень начинает движение вверх на такте сжатия. Поскольку оба клапана закрыты, и ничто не может пройти мимо поршней, топливно-воздушной смеси некуда деваться, поэтому она раздавливается. Это называется сжатием. Воздушно-топливная смесь прижимается к головке блока цилиндров, после чего зажигается свеча зажигания.

Свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет смесь сжатого воздуха и топлива. Расширяющиеся газы равномерно горящей топливно-воздушной смеси толкают поршень вниз, прикладывая крутящий момент к коленчатому валу, заставляя его вращаться. Это рабочий ход.

Вы, наверное, слышали о горении в цилиндре, называемом взрывом. Это не взрыв. Взрыв в камере сгорания называется детонацией, и это очень плохо. Топливно-воздушная смесь сгорает равномерно и полностью.

Когда поршень достигает нижней точки рабочего хода, в цилиндре остается сгоревшее топливо и воздух. Эти газы должны быть удалены из цилиндра по мере того, как поршень движется вверх на такте выпуска. Когда поршень движется вверх по цилиндру, выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает все выхлопные газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выхлопную трубу.

Итак, вот ваши четыре удара:

Всасывающий ход :Впускной клапан открывается, поршень втягивает воздушно-топливную смесь в цилиндр.

Инсульт сжатия :поршень сжимает топливо в камере сгорания

Мощный удар :Свеча зажигания воспламеняет смесь, расширяющиеся газы толкают поршень вниз, чтобы провернуть коленчатый вал.

Инсульт на выдохе :Выхлопные газы удаляются из цилиндра

Важно, чтобы на такте выпуска все газы удалялись из цилиндра. Следующий такт впуска не может создать вакуум, если в цилиндре что-то есть. Вакуум по определению — это пространство, абсолютно лишенное материи.

При вращении коленчатого вала все цилиндры в любой момент времени находятся в разном ходе. В четырехцилиндровом двигателе два поршня одновременно находятся вверху, один в такте сжатия, а другой в такте выпуска. При том же положении коленчатого вала два других поршня находятся внизу, один на рабочем такте, а другой на такте впуска.

Клапаны открываются распределительным валом. Когда распределительный вал вращается, эксцентриковые лепестки давят на клапан, заставляя его открываться. Распределительный вал приводится в движение зубчатым ремнем или зубчатой ​​цепью, которая приводится в движение коленчатым валом. Синхронизация распределительного вала по отношению к положению поршней имеет важное значение для работы всего этого.

Итак, это основы того, как работает автомобильный двигатель. Мы даже не коснулись систем зажигания, систем подачи топлива и электронного управления двигателем. Может быть в следующий раз. Но пока я надеюсь, что эта статья поможет вам понять, как это работает.