Gearhead 101:Hiểu cách động cơ ô tô của bạn hoạt động

Tôi chưa bao giờ là một người chơi xe hơi. Tôi chỉ không quan tâm đến việc tìm kiếm công cụ xung quanh mui xe để tìm ra cách xe của tôi hoạt động. Ngoại trừ việc thỉnh thoảng thay bộ lọc gió hoặc thay nhớt, nếu có vấn đề gì xảy ra với chiếc xe của mình, tôi chỉ cần đưa nó đến thợ sửa xe và khi anh ta ra để giải thích những gì đã xảy ra, tôi gật đầu lịch sự và giả vờ. như tôi biết anh ấy đang nói về điều gì.

Nhưng gần đây, tôi cảm thấy khó chịu khi thực sự tìm hiểu những điều cơ bản về cách hoạt động của ô tô. Tôi không có kế hoạch trở thành một con khỉ đầy dầu mỡ, nhưng tôi muốn có hiểu biết cơ bản về cách mọi thứ trong xe của tôi thực sự diễn ra. Ở mức tối thiểu, kiến ​​thức này sẽ cho phép tôi có manh mối về những gì người thợ máy sẽ nói về lần tiếp theo tôi lấy xe của tôi. Thêm vào đó, tôi thấy rằng một người đàn ông phải có thể nắm được các nguyên tắc cơ bản của công nghệ mà anh ta sử dụng Hằng ngày. Khi nói đến trang web này, tôi biết về cách mã hóa và SEO hoạt động; đã đến lúc tôi xem xét những điều cụ thể hơn trong thế giới của mình, chẳng hạn như những gì nằm dưới mui xe của tôi.

Tôi nghĩ rằng có những người đàn ông trưởng thành khác cũng giống như tôi - những người đàn ông không phải là dân chơi xe nhưng có chút tò mò về cách thức hoạt động của phương tiện giao thông của họ. Vì vậy, tôi dự định chia sẻ những gì tôi học được trong quá trình nghiên cứu của chính mình và thỉnh thoảng mày mò trong một loạt bài mà chúng tôi sẽ gọi là Gearhead 101. Mục tiêu là giải thích những điều cơ bản về cách các bộ phận khác nhau trong ô tô hoạt động và cung cấp tài nguyên về nơi bạn có thể tự tìm hiểu thêm.

Vì vậy, không cần phải nói thêm gì nữa, chúng ta sẽ bắt đầu lớp học đầu tiên về Gearhead 101 bằng cách giải thích những đặc điểm cơ bản của trái tim của một chiếc xe hơi:động cơ đốt trong.

Động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong được gọi là “động cơ đốt trong” vì nhiên liệu và không khí đốt cháy bên trong động cơ để tạo ra năng lượng để di chuyển các pít-tông, từ đó chuyển động xe (chúng tôi sẽ chỉ cho bạn cách điều đó xảy ra chi tiết bên dưới).

Tương phản với động cơ đốt ngoài, nơi nhiên liệu được đốt cháy bên ngoài động cơ và năng lượng được tạo ra từ quá trình đốt cháy đó là năng lượng cung cấp năng lượng cho nó. Động cơ hơi nước là ví dụ điển hình nhất cho điều này. Than được đốt bên ngoài động cơ, làm nóng nước để tạo ra hơi nước, sau đó cung cấp năng lượng cho động cơ.

Hầu hết mọi người đều nghĩ rằng trong thế giới chuyển động cơ giới hóa, động cơ đốt ngoài chạy bằng hơi nước ra đời trước sự đa dạng của động cơ đốt trong. Thực tế là động cơ đốt trong ra đời trước. (Đúng vậy, người Hy Lạp cổ đại đã làm rối tung các động cơ chạy bằng hơi nước, nhưng không có gì thiết thực từ các thí nghiệm của họ.)

Trong ^{thứ 16} thế kỷ, các nhà phát minh đã tạo ra một dạng động cơ đốt trong sử dụng thuốc súng làm nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho chuyển động của các pít-tông. Thực ra, không phải thuốc súng đã di chuyển họ. Cách thức hoạt động của động cơ đốt trong ban đầu này là bạn sẽ nhét hết một pít-tông vào đầu xi lanh và sau đó đốt cháy thuốc súng bên dưới pít-tông. Một chân không sẽ hình thành sau vụ nổ và hút piston xuống xi lanh. Vì động cơ này dựa vào sự thay đổi của áp suất không khí để di chuyển pít-tông, nên họ gọi nó là động cơ khí quyển. Nó không hiệu quả lắm. Đến ngày thứ 17 thế kỷ này, động cơ hơi nước đã có nhiều hứa hẹn, vì vậy động cơ đốt trong đã bị loại bỏ.

Mãi đến năm 1860, một động cơ đốt trong hoạt động đáng tin cậy mới được phát minh. Một đồng nghiệp người Bỉ tên là Jean Joseph Etienne Lenoir đã được cấp bằng sáng chế cho động cơ phun khí tự nhiên vào một xi lanh, sau đó được đốt cháy bởi ngọn lửa vĩnh viễn gần xi lanh. Nó hoạt động tương tự như động cơ khí quyển thuốc súng, nhưng không quá hiệu quả.

Dựa trên công trình đó, vào năm 1864, hai kỹ sư người Đức tên là Nicolaus August Otto và Eugen Langen đã thành lập một công ty sản xuất động cơ tương tự như mô hình của Lenoir. Otto từ bỏ công việc quản lý công ty và bắt đầu làm việc trên một thiết kế động cơ mà ông đã theo đuổi từ năm 1861. Thiết kế của ông đã dẫn đến những gì chúng ta biết ngày nay là động cơ bốn thì và thiết kế cơ bản vẫn được sử dụng trên ô tô ngày nay.

Giải phẫu động cơ ô tô

Động cơ V-6

Tôi sẽ chỉ cho bạn cách hoạt động của động cơ bốn thì ở đây, nhưng trước khi làm, tôi nghĩ sẽ rất hữu ích nếu bạn xem qua các bộ phận khác nhau của động cơ để bạn sẽ có ý tưởng về những gì đang làm trong quy trình bốn kỳ. Có những thuật ngữ xuyên suốt những giải thích này dựa trên các thuật ngữ khác trong danh sách, vì vậy đừng lo lắng nếu bạn bị nhầm lẫn lúc đầu. Đọc qua toàn bộ nội dung để nắm được tổng thể, sau đó đọc lại để bạn có hiểu biết cơ bản về từng nội dung khi nó đang được nói đến.

Khối động cơ (Khối xi lanh)

Khối động cơ là nền tảng của động cơ. Hầu hết các khối động cơ được đúc từ hợp kim nhôm, nhưng sắt vẫn được một số nhà sản xuất sử dụng. Khối động cơ còn được gọi là khối xi lanh vì các lỗ lớn hoặc các ống được gọi là xi lanh được đúc vào cơ cấu tích hợp. Xylanh là nơi các piston của động cơ trượt lên và xuống. Động cơ càng có nhiều xi lanh thì nó càng mạnh. Ngoài các xi-lanh, các ống dẫn và lối đi khác được tích hợp trong khối cho phép dầu và chất làm mát chảy đến các bộ phận khác nhau của động cơ.

Tại sao động cơ được gọi là “V6” hoặc “V8”?

Câu hỏi tuyệt vời! Nó liên quan đến hình dạng và số lượng xi lanh của một động cơ. Trong động cơ bốn xi lanh, các xi lanh thường được lắp trên một đường thẳng phía trên trục khuỷu. Bố cục công cụ này được gọi là công cụ nội tuyến .

Một bố cục bốn hình trụ khác được gọi là "bốn phẳng". Ở đây, các xi lanh được đặt nằm ngang thành hai bờ, với trục khuỷu đi xuống giữa.

Khi động cơ có nhiều hơn bốn xi lanh, chúng được chia thành hai bờ xi lanh - ba xi lanh (hoặc nhiều hơn) mỗi bên. Việc phân chia các xi lanh thành hai bờ làm cho động cơ giống như một chữ “V.”. Một động cơ hình chữ V với sáu xi lanh =động cơ V6. Một động cơ hình chữ V với tám xi-lanh =V8 - bốn xi-lanh trong mỗi dải xi-lanh.

Buồng đốt

Buồng đốt trong động cơ là nơi điều kỳ diệu xảy ra. Đó là nơi nhiên liệu, không khí, áp suất và điện năng kết hợp với nhau để tạo ra một vụ nổ nhỏ làm di chuyển các pít-tông của ô tô lên và xuống, do đó tạo ra sức mạnh để di chuyển xe. Buồng đốt được cấu tạo bởi xylanh, piston và đầu xylanh. Xi lanh đóng vai trò là thành của buồng đốt, đỉnh của piston đóng vai trò là sàn của buồng đốt và đầu xi lanh đóng vai trò là trần của buồng đốt.

Đầu xi lanh

Đầu xi lanh là một miếng kim loại nằm trên xi lanh của động cơ. Có những vết lõm nhỏ, tròn được đúc vào đầu xi lanh để tạo khoảng trống ở đầu buồng đốt. Một miếng đệm đầu làm kín mối nối giữa đầu xi lanh và khối xi lanh. Van nạp và van nạp, bugi và kim phun nhiên liệu (các bộ phận này sẽ được giải thích ở phần sau) cũng được gắn vào đầu xi lanh.

Pít tông

Piston chuyển động lên xuống của xylanh. Chúng trông giống như những lon súp úp ngược. Khi nhiên liệu bốc cháy trong buồng đốt, lực đẩy pít-tông đi xuống, làm chuyển động trục khuỷu (xem bên dưới). Piston gắn với trục khuỷu thông qua một thanh nối, hay còn gọi là thanh truyền. Nó kết nối với thanh kết nối thông qua một chốt pít-tông và thanh kết nối kết nối với trục khuỷu qua một ổ trục thanh kết nối.

Trên đỉnh của piston, bạn sẽ tìm thấy ba hoặc bốn rãnh được đúc vào kim loại. Bên trong các rãnh vòng piston được đưa vào. Các vòng piston là bộ phận thực sự tiếp xúc với thành của xi lanh. Chúng được làm từ sắt và có hai loại:vòng nén và vòng dầu. Các vòng nén là các vòng trên cùng và chúng ép ra ngoài trên thành của xi lanh để tạo ra một vòng đệm chắc chắn cho buồng đốt. Vòng dầu là vòng dưới cùng trên piston và nó ngăn không cho dầu từ cacte thấm vào buồng đốt. Nó cũng làm sạch dầu thừa xuống thành xi lanh và trở lại cacte.

Trục khuỷu

Trục khuỷu là bộ phận biến chuyển động lên xuống của các piston thành chuyển động quay cho phép ô tô chuyển động. Trục khuỷu thường khớp theo chiều dài trong khối động cơ gần đáy. Nó kéo dài từ đầu này sang đầu kia của khối động cơ. Ở phía trước của động cơ, trục khuỷu kết nối với đai cao su nối với trục cam và truyền lực đến các bộ phận khác của ô tô; ở cuối động cơ, trục cam kết nối với bộ truyền động, truyền lực tới các bánh xe. Ở mỗi đầu trục khuỷu, bạn sẽ tìm thấy các vòng đệm dầu, hay còn gọi là "vòng chữ O", ngăn dầu rò rỉ ra ngoài động cơ.

Trục khuỷu nằm trong cái được gọi là cacte trên động cơ. Cácte nằm bên dưới khối xi lanh. Cacte bảo vệ trục khuỷu và các thanh nối khỏi các vật thể bên ngoài. Khu vực ở dưới cùng của cacte được gọi là chảo dầu và đó là nơi lưu trữ dầu động cơ của bạn. Bên trong chảo dầu, bạn sẽ tìm thấy một máy bơm dầu bơm dầu qua một bộ lọc, sau đó dầu đó được phun vào trục khuỷu, ổ trục thanh kết nối và thành xi lanh để cung cấp dầu bôi trơn cho chuyển động của hành trình piston. Dầu cuối cùng lại nhỏ xuống chảo dầu, chỉ để bắt đầu lại quá trình

Dọc theo trục khuỷu, bạn sẽ tìm thấy các thùy cân bằng hoạt động như đối trọng để cân bằng trục khuỷu và ngăn ngừa hư hỏng động cơ do sự lắc lư xảy ra khi trục khuỷu quay.

Ngoài ra dọc theo trục khuỷu, bạn sẽ tìm thấy các ổ trục chính. Các ổ trục chính tạo bề mặt nhẵn giữa trục khuỷu và khối động cơ để trục khuỷu quay.

Trục cam

Trục cam là bộ não của động cơ. Nó hoạt động cùng với trục khuỷu thông qua đai điều chỉnh thời gian để đảm bảo van nạp và van nạp đóng mở đúng thời điểm để động cơ đạt hiệu suất tối ưu. Trục cam sử dụng các thùy hình trứng kéo dài ngang qua nó để điều khiển thời điểm đóng và mở của các van.

Hầu hết các trục cam kéo dài qua phần trên cùng của khối động cơ, ngay phía trên trục khuỷu. Trên động cơ thẳng hàng, một trục cam điều khiển cả van nạp và van nạp. Trên động cơ hình chữ V thường sử dụng hai trục cam riêng biệt. Một người điều khiển các van ở một bên của chữ V và người kia điều khiển các van ở phía đối diện. Một số động cơ hình chữ V (như động cơ trong hình minh họa của chúng tôi) thậm chí sẽ có hai trục cam trên mỗi bờ xi lanh. Một trục cam điều khiển một phía của van và trục cam khác điều khiển phía bên kia.

Hệ thống thời gian

Như đã đề cập ở trên, trục cam và trục khuỷu phối hợp chuyển động của chúng thông qua đai định thời hoặc xích. Chuỗi thời gian giữ trục khuỷu và trục cam ở cùng một vị trí tương đối với nhau mọi lúc trong quá trình hoạt động của động cơ. Nếu trục cam và trục khuỷu không đồng bộ vì bất kỳ lý do gì (ví dụ:chuỗi thời gian bỏ qua một bánh răng), động cơ sẽ không hoạt động.

Hệ thống van

Hệ thống van là hệ thống cơ khí được gắn vào đầu xi lanh để điều khiển hoạt động của các van. Hệ thống van bao gồm van, tay gạt, thanh đẩy và tay nâng.

Van

Có hai loại van:van nạp và van xả. Các van nạp đưa hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào buồng đốt để tạo ra quá trình đốt cháy cung cấp năng lượng cho động cơ. Các van xả cho phép khí thải được tạo ra sau quá trình đốt cháy ra khỏi buồng đốt.

Ô tô thường có một van nạp và một van xả trên mỗi xi-lanh. Hầu hết các xe hiệu suất cao (Jaguars, Maseratis, v.v.) đều có bốn van trên mỗi xi-lanh (hai ống nạp, hai đường nạp). Mặc dù không được coi là thương hiệu "hiệu suất cao", Honda cũng sử dụng bốn van trên mỗi xi-lanh trên xe của họ. Thậm chí có những động cơ có ba van trên mỗi xi-lanh - hai van đầu vào, một van đầu ra. Hệ thống đa van cho phép xe "thở" tốt hơn, do đó cải thiện hiệu suất động cơ.

Rocker Arms

Cánh tay rocker là các đòn bẩy nhỏ tiếp xúc với các thùy, hoặc cam, trên trục cam. Khi một thùy nâng một đầu của bộ điều chỉnh lên, đầu kia của bộ điều chỉnh ép xuống thân van, mở van để cho không khí vào buồng đốt hoặc xả khí ra ngoài. Nó hoạt động giống như một cái cưa.

Thanh đẩy / Thanh nâng

Đôi khi các thùy trục cam tiếp xúc trực tiếp với cánh tay đòn (như bạn thấy với các động cơ trục cam trên không), do đó mở và đóng van. Trên các động cơ van trên không, các thùy trục cam không tiếp xúc trực tiếp với tay quay, do đó cần đẩy hoặc tay nâng được sử dụng.

Vòi phun nhiên liệu

Để tạo ra sự đốt cháy cần thiết để di chuyển các piston, chúng ta cần nhiên liệu trong các xylanh. Trước những năm 1980, ô tô sử dụng bộ chế hòa khí để cung cấp nhiên liệu cho buồng đốt. Ngày nay, tất cả các xe ô tô đều sử dụng một trong ba hệ thống phun nhiên liệu:phun nhiên liệu trực tiếp, phun nhiên liệu chuyển động hoặc phun nhiên liệu thân ga.

Với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, mỗi xi-lanh có một kim phun riêng, phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt vào đúng thời điểm để đốt cháy.

Với hệ thống phun nhiên liệu có cổng, thay vì phun nhiên liệu trực tiếp vào xi-lanh, nó sẽ phun vào đường ống nạp ngay bên ngoài van. Khi van mở, không khí và nhiên liệu đi vào buồng đốt.

Hệ thống phun nhiên liệu ở thân bướm ga hoạt động như cách mà bộ chế hòa khí đã làm, nhưng không có bộ chế hòa khí. Thay vì mỗi xi-lanh có kim phun nhiên liệu riêng, chỉ có một kim phun nhiên liệu đi đến thân van tiết lưu. Nhiên liệu trộn với không khí trong thân van tiết lưu và sau đó được phân tán đến các xi lanh qua van nạp.

Ổ cắm điện

Bên trên mỗi xi lanh là một bugi đánh lửa. Khi nó phóng tia lửa điện, nó sẽ đốt cháy nhiên liệu và không khí nén, gây ra một vụ nổ nhỏ đẩy piston xuống.

Chu kỳ bốn thì

Vì vậy, bây giờ chúng ta đã biết tất cả các bộ phận cơ bản của động cơ, hãy cùng xem chuyển động thực sự khiến xe của chúng ta chuyển động:chu trình bốn kỳ.

Hình minh họa trên cho thấy chu trình bốn kỳ trong xi lanh đơn. Điều này cũng đang diễn ra trong các xi lanh khác. Lặp lại chu trình này hàng nghìn lần trong một phút và bạn sẽ có một chiếc ô tô chuyển động.

Vâng, bạn đi rồi. Những điều cơ bản về cách hoạt động của động cơ ô tô. Hôm nay, hãy xem xét phần dưới mui xe của bạn và xem liệu bạn có thể chỉ ra các bộ phận mà chúng ta đã thảo luận hay không. Nếu bạn muốn biết thêm một số thông tin về cách ô tô hoạt động, hãy xem cuốn sách Cách ô tô hoạt động. Nó đã giúp tôi rất nhiều trong nghiên cứu của mình. Tác giả đã làm rất tốt việc chia nhỏ mọi thứ thành ngôn ngữ mà ngay cả những người mới bắt đầu cũng có thể hiểu được.