Otwórz maskę. Przyjrzyj się uważnie kuli wykonanej z metalu, plastiku i gumy. Wygląda jak zestaw do rozbrajania bomb zaprojektowany przez chaotycznego artystę. Jeśli kupujesz samochód i słyszysz określenia takie jak „czterocylindrowy rzędowy silnik o pojemności 2,5 litra” lub „turbodoładowany silnik typu stop-start”, prawdopodobnie nie do końca rozumiesz, co to oznacza dla Twojej codziennej jazdy.
Ciekawość zabiła kota. Ale znajomość budowy silnika pomaga mu żyć.
W swojej istocie silnik benzynowy robi jedną rzecz: przekształca energię chemiczną w ruch mechaniczny. Spala paliwo w zamkniętej komorze. Dlatego nazywa się go silnikiem spalinowym. Wewnątrz następuje spalanie.
Są też inne urządzenia. Silniki Diesla. Turbiny gazowe. Ale wszyscy mają ten sam podstawowy cel. Istnieją również silniki spalinowe zewnętrzne – maszyny parowe, które ciągnęły pociągi. Węgiel spala się na zewnątrz cylindra, tworząc parę. Para popycha tłoki. Silniki spalinowe charakteryzują się wydajnością i kompaktowością. Są mniejsze. Są gęstsze. Pracują ciężej.
Przyjrzyjmy się bicie serca Twojego samochodu.
Cykl czterosuwowy
Prawie każdy samochód benzynowy wykorzystuje czterosuwowy cykl spalania. Znany jest również jako cykl Otto, nazwany na cześć Nikolausa Otto, który stworzył tę koncepcję w 1867 roku.
Zasada działania jest brutalnie prosta. Weź paliwo wysokoenergetyczne. Umieść go w małej zamkniętej przestrzeni. Podpal to. Eksplozja uwalnia ogromną energię w postaci rozprężającego się gazu. Używaj tego wybuchu setki razy na minutę. Ruszaj się.
Cykl składa się z czterech różnych etapów. Wlot. Kompresja. Spalanie. Wydanie.
- Suw ssania: Tłok zaczyna się poruszać od góry. Zawór wlotowy otwiera się. Tłok przesuwa się w dół. Zasysa mieszaninę powietrza i drobnego strumienia benzyny. Potrzebna jest niewielka ilość paliwa. Wystarczy, żeby spalić.
- Suw sprężania: Tłok cofa się do góry. Spręża tę mieszankę paliwowo-powietrzną. Sprężenie mieszaniny sprawia, że późniejsza eksplozja jest znacznie silniejsza.
- Suw spalania: W górnej części suwu świece zapłonowe zapalają się. Mały łuk elektryczny zapala sprężoną mieszaninę. Benzyna eksploduje. Rozprężające się gazy mocno popychają tłok w dół.
- Skok wydechu: Tłok osiąga dolny punkt. Zawór wydechowy otwiera się. Spalone gazy są wypychane z cylindra i wychodzą przez rurę wydechową.
Cykl zostaje zresetowany. Silnik wychwytuje nową porcję powietrza i gazu.
Ten liniowy ruch posuwisto-zwrotny tłoków należy przekształcić w ruch obrotowy. Twoje koła nie obracają się w górę i w dół. Obracają się wokół własnej osi. Wał korbowy dokonuje tej konwersji. Połączony z tłokami poprzez mechanizm korbowodu, wał korbowy przejmuje siłę liniową i zamienia ją w obrót.
Wał korbowy jest pomostem pomiędzy chaotycznym liniowym ruchem tłoka a uporządkowanym obrotem koła.
Ale nie chodzi tylko o tłoki i korbowody. Potrzebujesz bloku, który utrzyma wszystko razem. Głowica cylindra do uszczelniania komór spalania. Zawory dopływu powietrza i odprowadzania spalin. System zarządzania paliwem.
Teraz przyjrzymy się głównym częściom silnika. W szczególności cylindry, w których dochodzi do tej „przemocy”.
Magia dzieje się pomiędzy tłokiem a ścianką cylindra. To tutaj energia spalania zamieniana jest na ruch. To całkiem proste. Większość kosiarek radzi sobie z jednym cylindrem. Samochód? Potrzebują więcej mocy. Cztery. Sześć. Osiem. A w niektórych egzotycznych niszach rynkowych – nawet dwanaście. Ale łączenie wielu cylindrów to coś więcej niż tylko losowe układanie ich w stosy. To kwestia geometrii.
Silniki rzędowe: zwycięstwo prostoty
Weźmy ten czterocylindrowy silnik rzędowy, o którym wspominaliśmy wcześniej. Wszystkie cztery cylindry znajdują się w jednej linii prostej. Jeden po drugim. To jest czyste. Skuteczny. Tani w produkcji, ponieważ blok jest odlewany w jednej operacji. Procesy produkcyjne uwielbiają te rozwiązania. Części zamienne są znormalizowane. Konserwacja jest prosta. Jeśli podniesiesz maskę kompaktowego sedana lub sportowego hatchbacka, prawdopodobnie zobaczysz czterocylindrowy rzędowy silnik. Świetnie wpisują się w układ poprzeczny, gdzie przestrzeń przed przodem auta jest ograniczona.
Ale są długie. Wysokie silniki mogą podnieść środek ciężkości, co nie jest idealne pod względem obsługi. Przy wysokich obrotach kolejność zapłonu może wydawać się nieco mniej płynna w porównaniu z bardziej zrównoważonymi konfiguracjami. Jednakże, jeśli chodzi o codzienną jazdę i oszczędność paliwa, czterocylindrowy rzędowy silnik jest koniem pociągowym. Wybierając go, nie możesz się pomylić.
Silniki V-twin: kompaktowa moc
Przejdźmy teraz do konfiguracji w kształcie litery V. Dwa rzędy cylindrów oddzielonych od siebie pod kątem. Zwykle jest to 60 lub 90 stopni, chociaż istnieją inne kąty. Takie rozwiązanie zmniejsza długość silnika. Jest krótszy niż rzędowa szóstka. Ma niższy profil. Ułatwia to instalację w większych pojazdach lub samochodach sportowych, gdzie przestrzeń w komorze silnika jest zasobem ograniczonym.
Silniki V6 są wszechobecne w średniej wielkości SUV-ach i sedanach. Silniki V-8 nadal dominują w segmencie samochodów wyczynowych. Zapewniają głęboki, warczący dźwięk, którego pragną entuzjaści. I pracują płynniej niż rzędowe szóstki przy dużych prędkościach, bo przeciwstawne tłoki tłumią część wibracji. Ale jest też minus. Złożoność. Więcej szczegółów. Więcej kolektorów wydechowych pasujących do silnika. Wyższe koszty produkcji. Chłodzenie może być trudne ze względu na wąską „studnię” między rzędami cylindrów.
Silniki typu bokser (płaskie): niskie i szerokie
Następnie jest czterocylindrowy rzędowy silnik typu bokser. Inline sześć przeciwne. Poziomo przeciwległe tłoki oddalają się od siebie niczym bokserzy na ringu. Stąd pseudonim. Porsche z nich korzysta. Subaru na nich polega. Dlaczego? Ponieważ układ boksera znacznie obniża środek ciężkości. Lepszy rozkład masy. Mniejsze przechyły nadwozia na zakrętach. Silnik jest umieszczony nisko w podwoziu. Zaletą prowadzenia jest to, że silniki rzędowe i silniki V-twin mają trudności z dopasowaniem.
Silniki typu bokser wibrują mniej niż rzędowe czterocylindrowe. Przeciwległe tłoki w naturalny sposób równoważą się. Nie ma potrzeby stosowania skomplikowanych przeciwwag. Ale są szerokie. Bardzo szeroki. Dzięki temu montaż w układzie poprzecznym jest praktycznie niemożliwy. Wymagany montaż wzdłużny. Potrzebujesz więcej miejsca. A dostęp w celu konserwacji może być koszmarem. Wycieki oleju z tylnego uszczelnienia wału korbowego są częstą skargą. Jednak dla kierowców, dla których priorytetem jest prowadzenie i sprzężenie zwrotne z pojazdem, silnik typu bokser jest trudny do pokonania.
Który układ jest dla Ciebie odpowiedni?
Wszystko sprowadza się do priorytetów. Zależy Ci na tanich naprawach i wygodnym układzie? Wybierz silnik wbudowany. Potrzebujesz większej mocy w kompaktowej obudowie? Silnik w kształcie litery V. Zależy Ci na lepszej dynamice prowadzenia i nie boisz się szerokiej komory silnika? Silnik boksera. Nie ma idealnej odpowiedzi. Po prostu
Świeca zapłonowa i rozrząd
Spalanie nie następuje przez przypadek. Świeca zapłonowa służy jako źródło zapłonu, wytwarzając iskrę, która zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Czas zapłonu ma tutaj kluczowe znaczenie. Jeśli iskra pojawi się za wcześnie lub za późno, wydajność drastycznie spada.
Zawory odgrywają równie ważną rolę. Zawory dolotowe i wylotowe otwierają się i zamykają w precyzyjnej kolejności. Przepuszczają mieszaninę do środka i uwalniają gazy spalinowe. Bardzo ważne jest, aby oba zawory pozostały szczelnie zamknięte podczas suwów sprężania i mocy. Jeśli komora przecieka, tracisz ciśnienie. Tracisz moc.
Dynamika tłoka i awarie pierścieni
Sam tłok jest prostym metalowym cylindrem, który porusza się w górę i w dół wewnątrz cylindra. Ale prawdziwa magia – i najczęstsza przyczyna problemów z konserwacją – kryje się w pierścieniach tłokowych.
Pierścienie te tworzą uszczelnienie ślizgowe pomiędzy zewnętrzną powierzchnią tłoka a ścianką cylindra. Mają dwa bezwarunkowe zadania:
- Należy zadbać o szczelność komory spalania, aby mieszanka paliwowo-powietrzna i spaliny nie przedostawały się przez tłok do skrzyni korbowej.
- Zapobiec przedostawaniu się oleju silnikowego do góry ze skrzyni korbowej do komory spalania.
Kiedy pierścienie się zużywają, uszczelka pęka. Dlatego starsze samochody często zaczynają zużywać olej. Jeśli musisz dodać litr oleju co 1000 mil, oznacza to, że Twoje pierścienie prawdopodobnie uległy zniszczeniu, powodując spalenie oleju w komorze. Nowoczesne materiały znacznie zwiększyły żywotność pierścieni, dzięki czemu nowoczesne silniki mogą pracować dłużej między wymianami oleju i ogólnie mają dłuższą żywotność.
Korbowód i wał korbowy
Korbowód łączy tłok z wałem korbowym. Powinien obracać się na obu końcach. Dlaczego? Ponieważ tłok porusza się po linii prostej, a wał korbowy obraca się. Korbowód zmienia kąt, aby skompensować ten ruch, przekształcając energię liniową w moment obrotowy.
Ten moment obrotowy jest przenoszony na wał korbowy. Zamienia ruch posuwisto-zwrotny tłoka na ruch obrotowy. Wyobraź sobie korbę w zabawce Doll Man. Naciskasz, wał się obraca. Jest to prosta zasada mechaniczna, ale stanowi ona sedno mocy wyjściowej silnika.
Zarządzanie skrzynią korbową i olejem
Wokół wału korbowego znajduje się skrzynia korbowa (miska olejowa). Zbiornik ten zawiera olej smarujący, który krąży po całym silniku. Grawitacja wpycha olej na dno skrzyni korbowej, skąd pompa olejowa go zbiera i dostarcza z powrotem do łożysk, tłoków i zaworów.
Bez tego zbiornika tarcie zniszczyłoby silnik w ciągu kilku minut. Skrzynia korbowa utrzymuje ruchome części w warstwie oleju, zmniejszając zużycie i odprowadzając ciepło.
Problemy z silnikiem
Przekręcasz klucz. Rozrusznik buczy. Silnik się przewraca. Ale on nie łapie.
Jest to klasyczny scenariusz „kręci, ale nie uruchamia się”. Jest to zdecydowanie irytujące. Ale to też logiczne. Znasz już podstawy spalania wewnętrznego. Teraz wystarczy odfiltrować te niepotrzebne.
Istnieją trzy podstawowe wymagania dotyczące uruchomienia silnika. Jeśli chociaż jeden z nich nie zostanie spełniony, będziesz musiał pchać samochód.
- Właściwa mieszanka paliwa.
- Prawidłowa kompresja.
- Silna iskra.
Wszystko inne jest drugorzędne. Tysiące drobnych usterek może spowodować, że silnik nie uruchomi się, ale te trzy czynniki są głównymi. Ignoruj je na własne ryzyko.
Problem z mieszanką paliwową
Twój silnik potrzebuje paliwa i powietrza w odpowiednich proporcjach. Mieszanka, która jest zbyt uboga, zbyt bogata lub nie zawiera jej wcale, spowoduje zatrzymanie spalania.
Zajmijmy się najpierw sprawą oczywistą: być może po prostu skończyło Ci się paliwo. Silnik zasysa powietrze, ale bez paliwa nie ma co spalić.
Ale co, jeśli jest paliwo?
Zatkany filtr powietrza może pozbawić silnik tlenu. Paliwo jest dostarczane, ale brakuje powietrza. Mieszanka staje się zbyt bogata. Świece zapłonowe ulegają zabrudzeniu. Silnik się dławi.
I odwrotnie, wadliwy układ paliwowy może dostarczać za dużo lub za mało paliwa. Nowoczesne silniki wykorzystują czujniki do regulacji tego procesu, ale starsze układy gaźnikowe? Są kapryśni. Jeśli pływak jest zablokowany lub dysze są zatkane, mieszanka jest uboga.
Potem następuje zanieczyszczenie. Woda w zbiorniku gazu jest szkodliwa. Nie pali się. Osiada na dnie. Jeśli pompa paliwa zasysa ten brud, silnik dławi się i gaśnie. Zanieczyszczenia całkowicie zakłócają reakcję chemiczną.
Kompresja: Pieczęć Życia
Kompresja sprawia, że eksplozja jest potężna. Jeżeli powietrza i paliwa nie da się ściśle skompresować, eksplozja będzie słaba. Albo w ogóle go nie będzie.
Brak kompresji zwykle wskazuje na nieszczelność. Gdzie?
Zużyte pierścienie tłokowe. Pierścienie te uszczelniają szczelinę pomiędzy tłokiem a ścianką cylindra. Kiedy się zużywają, podczas suwu sprężania mieszanka paliwowo-powietrzna wycieka obok tłoka. Tracisz ciśnienie. Tracisz moc.
Zawory, które nie zamykają się szczelnie. Zawory dolotowe i wylotowe powinny szczelnie się zamykać. W przypadku spalenia gniazd zaworów lub wygięcia trzonków zaworów gazy przedostają się do układu wydechowego lub kolektora dolotowego, zamiast pozostać w cylindrze.
Wypalona uszczelka głowicy. Jest to najczęstsza awaria konstrukcyjna powodująca utratę kompresji. Głowica cylindrów jest przykręcona do bloku silnika. Pomiędzy nimi znajduje się cienka uszczelka zaprojektowana tak, aby zapewnić idealne uszczelnienie.
Kiedy ta uszczelka ulegnie uszkodzeniu, ulega zniszczeniu. Tworzą się małe dziury. Szczelność jest zerwana. Kompresja wycieka do układu chłodzenia lub kanałów olejowych. Silnik nie uruchomi się, ponieważ ciśnienie nigdy nie wzrasta.
Iskra: spust zapłonu
Bez iskry paliwo jest po prostu płynne. Do jego zapalenia potrzebna jest świeca zapłonowa.
Jeśli iskra jest słaba, paliwo może się nie zapalić. Dzieje się tak często, gdy sama świeca zapłonowa jest zużyta. Elektrody z biegiem czasu ulegają zużyciu. Różnica wzrasta. Trudno jest przeskoczyć iskrę.
Lub przewód jest uszkodzony.
Jeśli przewód wysokiego napięcia prowadzący do świecy zapłonowej jest uszkodzony lub go brakuje, prąd nie może dotrzeć do świecy zapłonowej. Brak iskry.
Ale nie chodzi tylko o dostępność. To kwestia czasu zapłonu.
Czas zapłonu określa, kiedy pojawi się iskra w stosunku do położenia tłoka. Jeśli iskra pojawi się zbyt wcześnie, walczy z tłokiem poruszającym się w górę. Jeśli nastąpi to za późno, tłok już porusza się w dół. Paliwo zapala się, lecz eksplozja nie powoduje skutecznego wypychania tłoka. W obu przypadkach silnik nie uruchamia się lub pracuje słabo.
Inne krytyczne błędy
Oprócz trzech głównych czynników inne awarie systemu mogą natychmiast zatrzymać silnik.
Rozładowana bateria. Proste. Brak mocy – brak rozrusznika. Bez rozrusznika – bez rozruchu.
Zużyte łożyska. Wał korbowy obraca się na łożyskach. Jeśli są zużyte lub zabrudzone, wał korbowy nie może się obracać. Silnik się zacina.
Problemy z rozrządami zaworowymi. Jeśli wałek rozrządu ulegnie awarii lub pęknie pasek rozrządu, zawory nie otwierają się i nie zamykają synchronicznie z tłokami. Powietrze nie może dostać się do środka. Spaliny nie mogą się wydostać. Silnik się dławi.
Niski poziom oleju. Jeśli skończy się olej, stracisz smarowanie. Tarcie gwałtownie wzrasta. Temperatura rośnie. Tłoki utknęły w ściankach cylindrów. Silnik zatrzymuje się na stałe.
Perfekcja nie jest wymagana
Działający silnik nie musi być idealny. Musi po prostu działać w akceptowalnych granicach.
Zauważysz, kiedy coś jest nie tak. Niestabilna prędkość biegu jałowego. Trudny początek. Utrata mocy. Oto objawy.
Kiedy jednak silnik w ogóle nie daje się uruchomić, mamy do czynienia z poważnym problemem. Zawiódł jeden z podstawowych systemów.
Omówiliśmy dlaczego. Następnym krokiem jest przyjrzenie się jak. Mianowicie na podsystemach zarządzających tymi awariami.
Mechanizm zaworu silnika i układ zapłonowy
Większość nowoczesnych układów napędowych opiera się na pewnego rodzaju architekturze sterującej przepływem powietrza, a wybór technologii w tym obszarze determinuje, ile mocy można uzyskać z każdej kropli paliwa. Kamera górna (OHC) jest standardem nie bez powodu.
Miejsce umiejscowienia wałka rozrządu ma znaczenie
Zadanie mechanizmu rozrządu zaworowego jest proste: otworzyć zawory, zamknąć zawory. Powtarzać. Mechanizmem, który to napędza, jest wałek rozrządu, czyli wał z krzywkami podnoszącymi i opuszczającymi zawory. Ten proces mechaniczny pokazano na Rysunku 5.
Nowoczesne silniki wykorzystują prawie wyłącznie górne wałki rozrządu. Dzięki temu wałek rozrządu znajduje się bezpośrednio nad zaworami. Krzywki działają na zawory bezpośrednio lub za pomocą bardzo krótkiego popychacza. Taka konstrukcja zmniejsza bezwładność i pozwala silnikowi osiągać wyższe prędkości bez pływających zaworów.
W starszych konstrukcjach wałek rozrządu znajdował się w misce olejowej, obok wału korbowego. Aby przesłać sygnał w górę, wymagany był długi łańcuch popychaczy i prętów. To zadziałało. Działa również w niektórych tanich lub zabytkowych samochodach. Ale konstrukcja z wałkami na górze jest lżejsza i bardziej wydajna.
Utrzymuj synchronizację
Wał korbowy wykonuje dwa obroty na każdy obrót wałka rozrządu. Ten stosunek 2:1 jest niezachwiany. Jeśli tłoki znajdą się w górnym martwym punkcie, a zawory będą otwarte, silnik eksploduje. Aby temu zapobiec, pasek rozrządu lub łańcuch rozrządu łączy oba wały.
Dzięki temu połączeniu zawory otwierają się i zamykają dokładnie co milisekundę, kiedy tłoki są do tego gotowe.
Dlaczego na górze są dwa wałki rozrządu?
Silniki o wysokich osiągach potrzebują nie tylko więcej powietrza; chcą więcej przepływu. Jeden zawór na kanał stanowi wąskie gardło. Nowoczesne silniki o dużej mocy wykorzystują cztery zawory na cylinder: dwa dolotowe i dwa wydechowe.
Nie da się efektywnie sterować czterema niezależnymi zaworami za pomocą jednego wałka rozrządu. Dlatego inżynierowie używają dwóch wałków rozrządu na rząd cylindrów. Jeden wał steruje zaworami dolotowymi. Drugi to matura. Stąd pochodzi termin podwójna kamera górna (lub DOHC).
To nie jest tylko marketing. To jest fizyka. Więcej zastawek oznacza lepsze oddychanie. Lepsze oddychanie oznacza większą moc. A większa moc wymaga bardziej złożonego mechanizmu dystrybucji gazu. Konstrukcja wałka rozrządu umożliwia zarządzanie tą złożonością.
Jak układ zapłonowy zapala mieszankę w cylindrach
Układ zapłonowy (Rysunek 6) potrafi więcej, niż tylko włącza samochód. Generuje ładunek elektryczny o wysokim napięciu i kieruje go do świec zapłonowych. Po drodze ładunek przechodzi przez przewody wysokiego napięcia.
Najpierw opłata ta trafia do dystrybutora. W większości samochodów znajduje się on pod maską. Jest to węzeł centralny: jeden drut wchodzi do środka, a od niego promieniują cztery, sześć lub osiem drutów. Ilość zależy wyłącznie od liczby cylindrów w Twoim silniku.
Te przewody wysokiego napięcia dostarczają ładunek do każdej świecy zapłonowej. Czas jest ściśle dostosowany. W danym momencie iskra pojawia się tylko w jednym cylindrze. Ta konsekwentna praca zapewnia płynną pracę silnika. Żadnego szarpania. Tylko rytm.
Następnie przyjrzymy się, jak Twój samochód uruchamia się, chłodzi i zapewnia cyrkulację powietrza.
Układy chłodzenia silnika, wlotu powietrza i rozruchu
Mechanika chłodzenia i dolotu powietrza
Większość nowoczesnych samochodów opiera się na obiegu cieczy układzie chłodzenia, który zapobiega przegrzaniu silnika. Główną pracę wykonują tutaj chłodnica i pompa wody. Płyn chłodzący krąży kanałami wywierconymi wokół cylindrów, pochłania ciepło, a następnie zrzuca je do chłodnicy przed powrotem. To błędne koło.
Ale nie wszystkie silniki działają zgodnie z tymi zasadami. Chłodzenie powietrzem można znaleźć w starszych samochodach, takich jak Volkswagen Beetle sprzed 1999 r., a także w większości motocykli i kosiarek. Można je natychmiast rozpoznać. Spójrz na zewnętrzną stronę cylindrów. Jeśli widzisz płetwy, oznacza to chłodzenie powietrzem. Żebra zwiększają powierzchnię, aby rozproszyć ciepło w strumieniu powietrza. Taka konstrukcja sprawia, że silnik jest lżejszy. Ale zmusza to również do pracy w wyższych temperaturach. Wyższe temperatury zwykle oznaczają krótszą żywotność i zmniejszoną wydajność. To kompromis.
Teraz, gdy już wiemy, jak ciepło wychodzi, porozmawiajmy o tym, co wchodzi do środka. Cyrkulacja powietrza to nie tylko proces w tle. To jest paliwo do ognia.
Większość samochodów ulicznych ma silnik wolnossący. To skomplikowany sposób na stwierdzenie, że silnik oddycha naturalnie. Powietrze przechodzi przez filtr i trafia bezpośrednio do cylindrów. Tylko. Skuteczny. Ale jeśli chcesz więcej mocy, potrzebujesz więcej powietrza.
W tym miejscu turbodoładowanie zmienia grę. Silniki o wysokich osiągach i nowoczesne, wydajne silniki są turbodoładowane lub doładowane. Zamiast naturalnego przepływu powietrza, systemy te wytwarzają ciśnienie w napływającym powietrzu. Wyższe ciśnienie pozwala na załadowanie większej ilości powietrza i paliwa do każdego cylindra podczas suwu ssania. To ciśnienie nazywa się doładowaniem.
Jak stworzyć to wzmocnienie? Dwie różne metody mechaniczne.
Turbosprężarka wykorzystuje energię odpadową. Jest w twojej rurze wydechowej. Gorące spaliny obracają turbinę. Turbina ta połączona jest wałem z kołem sprężarki w przewodzie dolotowym. To skuteczne. Odzyskuje energię, która w przeciwnym razie po prostu zniknęłaby w rurze wydechowej. Sprężarka natomiast napędzana jest mechanicznie. Jest on przymocowany bezpośrednio do silnika, zwykle za pomocą paska lub kół zębatych, i obraca sprężarkę niezależnie od przepływu spalin.
Ponieważ turbosprężarka zasadniczo pobiera ciepło i ciśnienie ze spalin, uwalnia moc z mniejszych silników. Pomyśl o małym czterocylindrowym silniku. Dodaj turbosprężarkę, a uzyska ona moc zwykle zarezerwowaną dla większego sześciocylindrowego silnika. Kluczowy punkt? Oszczędzasz paliwo od 10 do 30 procent. Więcej pracy wykonasz przy mniejszym zużyciu paliwa.
Zagłęb się w system startowy
Poprawa produktywności to jedno. Uruchomienie silnika od samego początku to kolejna sprawa. Co się stanie po przekręceniu kluczyka?
Układ rozruchowy składa się z dwóch głównych elementów: rozrusznika elektrycznego i przekaźnika rozrusznika. To operacja brutalnej siły. Rozrusznik musi fizycznie obrócić silnik o kilka obrotów. Dlaczego? Ponieważ spalanie nie rozpocznie się, gdy tłoki się poruszają. Silnik potrzebuje pędu, aby ukończyć suw dolotowy, sprężający, suw mocy i suw wydechowy.
Uruchomienie zimnego silnika to ciężka praca. Rozrusznik musi pokonać znaczny opór.
- Tarcie wewnętrzne : Pierścienie tłokowe ocierające się o ścianki cylindra tworzą opór.
- Ciśnienie sprężania : Jeśli tłok znajduje się blisko górnego martwego punktu, mieszanka sprężonego powietrza i paliwa naciska na niego z powrotem.
- Energia rozrządu : Wałek rozrządu musi otwierać i zamykać zawory. To wymaga wysiłku.
- Obciążenie dodatkowe : Wszystko podłączone do silnika ściąga go w dół. Pompa wody, pompa oleju i alternator są podłączone. Rozrusznik też powinien je kręcić.
Ten opór wymaga ogromnego prądu. Samochodowe układy elektryczne działają przy napięciu 12 woltów. Aby obrócić ciężkie koło zamachowe, rozrusznik pobiera setki amperów. Nie można uzyskać tak dużego prądu za pomocą standardowego wyłącznika zapłonu bez stopienia styków. Dlatego potrzebujemy przekaźnika rozrusznika.
Pomyśl o przekaźniku jako o mocno obciążonym przełączniku elektronicznym. Po przekręceniu kluczyka wysyłasz mały sygnał do przekaźnika. Zamyka obwód wysokoprądowy, umożliwiając przepływ pełnej mocy akumulatora do rozrusznika. Trzask. Brzęczeć. Silnik się przewraca.
Co dalej
Przyjrzeliśmy się, jak silnik pozostaje chłodny, jak oddycha i jak się uruchamia. Ale silnik to maszyna, która zużywa zasoby i wytwarza odpady. Aby przeżyć, potrzebuje ropy. Do spalania potrzebne jest paliwo. Potrzebuje sposobu na wyrzucenie produktów spalania bez uduszenia się.
Następnie przeanalizujemy podsystemy odpowiedzialne za smarowanie, dostarczanie paliwa, kontrolę spalin i
Napełniasz zbiornik. Sprawdzasz poziom oleju. Ale jak dokładnie benzyna zamienia się w obracające się koła? Wszystko zaczyna się od układu paliwowego.
Twój silnik spala więcej niż tylko ciecz. Wypala mgłę. Układ paliwowy pompuje benzynę ze zbiornika i miesza ją z powietrzem. Celem jest osiągnięcie dokładnego stosunku powietrza do paliwa. Ta mieszanina dostaje się do cylindrów. Bez odpowiedniej proporcji nie uzyskasz mocy. Albo, co gorsza, uszkodzić silnik.
Nowoczesne samochody wykorzystują dwie główne metody zasilania paliwem: wtrysk paliwa do portu i bezpośredni wtrysk paliwa.
W przypadku wtrysku do portu, paliwo jest wtryskiwane bezpośrednio nad zaworem wlotowym. Przed wejściem do cylindra miesza się z powietrzem. Wtrysk bezpośredni jest procesem bardziej agresywnym. Paliwo podawane jest bezpośrednio do komory spalania. Wysokie ciśnienie pozwala na drobniejszy strumień. Przekłada się to na lepszą wydajność.
W starszych samochodach zastosowano gaźniki. Mechanicznie mieszali paliwo i powietrze w miarę dostarczania powietrza. Były proste. Brakowało im jednak precyzji. Nowoczesny wtrysk jest sterowany komputerowo. Dostosowuje parametry co milisekundę.
Smar zapewnia ruch
Benzyna tworzy moc. Olej zapobiega tarciu.
Układ smarowania jest sercem silnika. Obejmuje ruchome części. Bez tego metal ociera się o metal. Temperatura gwałtownie wzrasta. Części są zakleszczone.
Najwięcej uwagi wymagają dwa obszary. Tłoki i łożyska. Tłoki przesuwają się w górę i w dół w cylindrach. Potrzebują gładkiej powierzchni. Łożyska umożliwiają obrót wału korbowego i wałków rozrządu. Wytrzymują duże obciążenia.
Tak działa cykl.
- Olej znajduje się w misce olejowej (worku) na dole.
- Zasysa go pompa olejowa.
- Przechodzi przez filtr oleju. Zatrzymuje się piasek i wióry metalowe.
- Wysokie ciśnienie tłoczy olej przez kanały olejowe.
- Natryskuje się go na łożyska i ścianki cylindrów.
- Grawitacja zwraca go z powrotem na patelnię.
Cykl ten powtarza się tysiące razy na minutę. Jeśli pompa ulegnie awarii, silnik się zatrzyma. Jeśli filtr się zatka, ciśnienie spadnie. Sprawdź poziom oleju. Zawsze.
Oswajanie hałasu i spalin
Zatankowałeś paliwo. Nasmarowałeś ruchome części. Teraz doszło do eksplozji.
Te eksplozje wytwarzają ciśnienie. Robią hałas. Tysiące małych detonacji na minutę. Bez układu wydechowego słyszałbyś każdy z nich. To byłoby ogłuszające.
Układ wydechowy wychwytuje te gazy. Zabiera je z powrotem. Tłumik odgrywa tutaj kluczową rolę. Zmiękcza dźwięk. Zamienia strzał w huk.
Ale dym to nie tylko hałas. To jest odpad.
W grę wchodzi system kontroli emisji. Nowoczesne samochody to złożone laboratoria. Kontrolują każdy wydech spalin.
Sercem tego układu jest katalizator. Wykorzystuje katalizatory i tlen. Spala niespalone paliwo. Rozkłada szkodliwe substancje chemiczne. Przekształca zanieczyszczenia w mniej szkodliwe gazy.
Czujniki tlenu monitorują przepływ gazów spalinowych. Informują komputer, ile jest tlenu. Komputer reguluje mieszankę paliwową w czasie rzeczywistym. Zapewnia to sprawną pracę katalizatora. Mniej odpadów. Czystsze powietrze.
Rama elektryczna
Benzyna napędza tłoki. Energia elektryczna napędza wszystko inne.
W Twoim samochodzie znajduje się akumulator. Zapewnia napięcie stałe 12 V. Uruchamia silnik. Zasila radia, oświetlenie, okna i komputery. Ale akumulator to nie generator. Jest to urządzenie magazynujące energię.
Trzeba go naładować.
Służy do tego generator.
Połączony z silnikiem paskiem generator obraca się. Wytwarza energię elektryczną. Przesyła tę energię z powrotem do akumulatora. Zasila również odbiorniki elektryczne podczas pracy silnika.
Jeśli pasek się zerwie, generator się zatrzyma. Bateria się wyczerpie. Silnik zgaśnie. Zostaniesz na uboczu.
Wytwarzanie większej mocy silnika
Wiesz, jak działa silnik podstawowy. Paliwo, powietrze, olej, spaliny, prąd. To zrównoważony ekosystem. Ale entuzjaści rzadko są zadowoleni z ustawień fabrycznych.
Chcą więcej władzy.
Jak to zdobyć? Zaburzyłeś równowagę. A dokładniej optymalizujesz go.
Istnieją trzy główne sposoby zwiększania mocy i momentu obrotowego.
- Zwiększenie przepływu powietrza : Więcej powietrza oznacza więcej tlenu. Więcej tlenu pozwala spalić więcej paliwa. Duże kolektory dolotowe. Filtry powietrza o wysokim przepływie. Mniejszy opór.
- Zwiększanie paliwa : Nie można dodać powietrza bez dodania paliwa. Większe dysze. Pompy wysokociśnieniowe. Konfiguracja ECU do wsparcia
Mechanika koni mechanicznych: jak naprawdę działają silniki
Zaczynasz zdawać sobie sprawę, że istnieje więcej niż jeden sposób na uzyskanie większej mocy z silnika. Producenci samochodów stale zmieniają różne parametry, aby poprawić osiągi lub poprawić efektywność paliwową.
Większa pojemność. Większa pojemność oznacza większą moc, ponieważ na obrót spala się więcej paliwa. Można to osiągnąć poprzez zwiększenie rozmiaru cylindrów lub dodanie większej liczby cylindrów. Powszechnie uważa się, że za praktyczny limit uznaje się dwanaście cylindrów.
Zwiększenie współczynnika kompresji. Wyższy stopień kompresji zapewnia większą moc, ale tylko do pewnego limitu. Im bardziej sprężasz mieszankę paliwowo-powietrzną, tym większe jest prawdopodobieństwo jej samozapłonu, zanim w ogóle zapali się świeca zapłonowa. Benzyna o wyższej liczbie oktanowej zapobiega przedwczesnemu spalaniu. Właśnie dlatego samochody o wysokich osiągach wymagają paliwa premium – ich silniki wykorzystują wyższy stopień sprężania, aby wytworzyć większą moc.
Napełnianie każdego cylindra większą ilością mieszanki. Jeśli możesz zmieścić więcej powietrza (a tym samym paliwa) w cylindrze o danym rozmiarze, uzyskasz większą moc bez zwiększania ilości paliwa potrzebnego do spalania. Turbosprężarki i sprężarki doładowujące zwiększają ciśnienie dopływającego powietrza, skutecznie wtłaczając jego większą ilość do cylindra.
Chłodzenie napływającego powietrza. Sprężanie powietrza zwiększa jego temperaturę. Chcesz, aby powietrze w cylindrze było jak najzimniejsze, ponieważ gorące powietrze podczas spalania rozszerza się mniej. Wiele samochodów wyposażonych w turbosprężarki i doładowania wykorzystuje intercooler. Jest to specjalna chłodnica, przez którą sprężone powietrze przechodzi do ochłodzenia przed wejściem do cylindra.
Zapewnij łatwy dostęp powietrza. Gdy tłok przesuwa się w dół podczas suwu ssania, opór powietrza odbiera moc. Można to zmniejszyć, instalując dwa zawory dolotowe w każdym cylindrze. Niektóre nowsze samochody wykorzystują polerowane kolektory dolotowe, aby wyeliminować tam opór. Większe filtry powietrza poprawiają również przepływ powietrza.
Umożliwij łatwe wydostanie się gazów spalinowych. Jeśli opór powietrza utrudnia wypłynięcie gazów spalinowych z cylindra, spowoduje to utratę mocy. Opór zmniejsza się po dodaniu drugiego zaworu wydechowego. Samochód z dwoma zaworami dolotowymi i dwoma zaworami wydechowymi ma cztery zawory na cylinder, co poprawia osiągi. Kiedy reklamowany jest samochód jako mający cztery cylindry i 16 zaworów, oznacza to cztery zawory na cylinder.
Jeśli rura wydechowa jest za mała lub tłumik ma duży opór, powstaje przeciwciśnienie, które ma ten sam efekt. Układy wydechowe pojazdów o wysokich osiągach wykorzystują kolektory, duże rury wydechowe i tłumiki o niskim oporze przepływu, aby wyeliminować przeciwciśnienie. „Podwójny wydech” oznacza dwie rury zamiast jednej w celu poprawy przepływu.
Spraw, aby wszystkie części były lżejsze. Lżejsze części poprawiają pracę silnika. Za każdym razem, gdy tłok zmienia kierunek, zużywa energię, aby zatrzymać jeden ruch i rozpocząć inny. Lżejsze tłoki wymagają mniej energii. Przekłada się to na większą oszczędność paliwa i lepsze osiągi.
Wtrysk paliwa Wtrysk paliwa umożliwia precyzyjne dozowanie paliwa do każdego cylindra. Poprawia to osiągi i oszczędność paliwa.
W poniższych sekcjach odpowiemy na niektóre typowe pytania dotyczące silnika zadawane przez czytelników.
Pytania i odpowiedzi dotyczące silników
Jaka jest różnica między silnikiem benzynowym a silnikiem wysokoprężnym?
Silnik wysokoprężny nie ma świecy zapłonowej. Do cylindra wtryskiwany jest olej napędowy, a ciepło i ciśnienie suwu sprężania powodują zapalenie paliwa. Olej napędowy ma wyższą zawartość energii niż benzyna, dlatego silnik wysokoprężny zapewnia lepszy przebieg na litr paliwa.
Jaka jest różnica między silnikiem dwusuwowym a czterosuwowym?
Większość pił łańcuchowych i silników do łodzi wykorzystuje silniki dwusuwowe. W silniku dwusuwowym nie ma ruchomych zaworów, a świeca zapłonowa zapala się za każdym razem, gdy tłok osiągnie szczyt swojego skoku. Otwór w dolnej części ścianki cylindra wpuszcza gaz i powietrze. Gdy tłok porusza się w górę, mieszanka jest sprężana, świeca zapłonowa zapala mieszankę, a gazy spalinowe wychodzą przez inny otwór w cylindrze. W silniku dwusuwowym do benzyny trzeba dodawać olej, gdyż dziury w ściance cylindra nie pozwalają na zastosowanie pierścieni tłokowych do uszczelnienia komory spalania. Zazwyczaj silnik dwusuwowy wytwarza dużą moc w stosunku do swojej wielkości, ponieważ na obrót przypada dwa razy więcej cykli spalania. Jednak silnik dwusuwowy zużywa więcej benzyny i spala dużo oleju, więc jest znacznie bardziej zanieczyszczający.
Czy silniki parowe mają jakieś zalety?
Główną zaletą silnika parowego jest to, że wszystko, co się pali, może zostać wykorzystane jako paliwo. Na przykład silnik parowy może wykorzystywać jako paliwo węgiel, gazetę lub drewno, podczas gdy silnik spalinowy wymaga czystego, wysokiej jakości paliwa ciekłego lub gazowego.
Dlaczego silnik ma osiem cylindrów? Dlaczego nie zrobić jednego dużego cylindra o tej samej pojemności skokowej?
Jest kilka powodów, dla których duży 4,0-litrowy silnik ma osiem półlitrowych cylindrów zamiast jednego dużego 4,0-litrowego cylindra. Głównym powodem jest płynność działania. Silnik V8 pracuje znacznie płynniej, ponieważ zamiast jednej dużej eksplozji ma osiem równomiernie rozmieszczonych eksplozji. Innym powodem jest moment rozruchowy. Odpalając silnik V8, spręża się mieszankę tylko na dwa cylindry (1 litr), ale przy jednym większym cylindrze trzeba by skompresować 4 litry.
Połączenie tyłem do siebie a kształt litery V
Liczba cylindrów określa charakter silnika. Każdy cylinder zawiera tłok. Tłoki te obracają wał korbowy. Więcej tłoków pompujących z wyższą częstotliwością oznacza więcej zdarzeń spalania na sekundę. Moc jest generowana szybciej. To jest podstawowa fizyka.
Silniki czterocylindrowe są zwykle ustawione w jednej linii. W linii. Prosty. Silniki sześciolitrowe często są ułożone w kształcie litery „V”. Ten kompaktowy kształt pozwala na tworzenie krótszych bloków. Amerykańscy producenci samochodów pokochali silniki V6. Byli potężni. Byli cicho. Ale rynek się zmienił. Turbodoładowanie zmieniło zasady gry.
Zmiana w amerykańskim postrzeganiu
Historia ma tutaj znaczenie. Konsumenci odrzucali silniki czterocylindrowe. Myśleli, że te silniki są powolne. Słaby. Niezrównoważony. Bez wystarczającego przyspieszenia. Potem pojawiły się samochody importowane z Japonii. Honda i Toyota zaczęły instalować oszczędne czterocylindrowe silniki w latach 80. i 90. XX wieku. Amerykanie się obudzili. Toyota Camry sprzedawała się lepiej niż jej amerykańskie odpowiedniki. Kompaktowy silnik zyskał szacunek.
Nowoczesne rozwiązania inżynieryjne
Dzisiaj czterocylindrowy silnik może naśladować osiągi V6. Spójrz na EcoBoost Forda. Wykorzystują turbodoładowanie, aby wtłoczyć więcej powietrza do mniejszego silnika. Mazda wykorzystuje technologię SKYACTIV w celu zapewnienia aerodynamiki i wydajności. Mniejsze obciążenie silnika. Lepsza wydajność. Lżejsze materiały również pomagają. Różnica między obydwoma typami silników maleje.
Kiedy nadal potrzebujesz V6
Różnica się zmniejszyła. Jednak silniki V6 nadal stoją przed wyzwaniami. Nie są przeznaczone tylko do samochodów sportowych. Ciężarówki ich potrzebują. Jeśli holujesz przyczepę lub przewozisz ciężkie ładunki, potrzebujesz momentu obrotowego. Potrzebujesz surowej mocy. W takich scenariuszach wydajność schodzi na drugi plan. Czterocylindrowy silnik z turbodoładowaniem może mieć trudności przy stałym obciążeniu. V6 sobie radzi.
Jak faktycznie działają silniki
Ludzie często pytają o podstawowe rzeczy. Co kryje się w tym metalowym pudełku?
Główne komponenty
Sercem silnika jest cylinder. Tłok porusza się w nim w górę i w dół. Kluczowe szczegóły obejmują:
– Świece zapłonowe
– Zawory
– Pierścienie tłokowe
– Korbowód
– Wał korbowy
– Miska olejowa
Cykl czterosuwowy
Prawie wszystkie silniki benzynowe wykorzystują czterosuwowy cykl spalania. Zamienia paliwo w ruch.
1. Skok ssania
2. Skok sprężania
3. Skok mocy (spalanie)
4. Zwolnij skok
Dlaczego silnik nie uruchamia się?
Jeśli Twój samochód nie chce się uruchomić, sprawdź Wielką Trójkę.
1. Zła mieszanka paliwowa
2. Brak kompresji
3. Brak iskry
Setki drobnych problemów mogą powodować nieprawidłowe działanie. Ale te trzy są fundamentalne.
