Serie de conocimientos sobre el motor en el automóvil
1. Análisis de los tipos de estructura del motor
Como fuente de energía del automóvil, el motor es como el corazón humano. Sin embargo, el tamaño y la estructura de los corazones de diferentes personas no son muy diferentes, pero las estructuras internas de los motores de diferentes automóviles son muy diferentes. Entonces, ¿cuáles son las diferencias en las estructuras de los diferentes motores? Averigüemos juntos a continuación.
La fuente de energía de un automóvil es el motor, y la potencia del motor proviene del interior del cilindro. El cilindro del motor es un lugar donde la energía interna del combustible se convierte en energía cinética. Puede entenderse simplemente que el combustible se quema en el cilindro, generando una enorme presión para empujar el pistón hacia arriba y hacia abajo, y la fuerza se transmite a. el cigüeñal a través de la biela y finalmente se convierte en movimiento de rotación, y luego a través de la transmisión y el eje de transmisión, la potencia se transmite a las ruedas motrices para impulsar el automóvil hacia adelante.
En términos generales, la mayoría de los automóviles tienen motores de cuatro y seis cilindros. Dado que la potencia del motor proviene principalmente de los cilindros, ¿cuantos más cilindros, mejor? Con el aumento, la cantidad de piezas del motor también aumentará en consecuencia y la estructura del motor será más compleja, lo que también reducirá la confiabilidad del motor. Además, también aumentará el costo de fabricación del motor y los costos de mantenimiento posteriores. . Por lo tanto, el número de cilindros en el motor de un automóvil se selecciona después de una compensación exhaustiva basada en el uso y los requisitos de rendimiento del motor. Motores como V12, W12 y W16 sólo se utilizan en unos pocos coches de alto rendimiento.
De hecho, una comprensión simple de un motor en forma de V es que los cilindros adyacentes se combinan en un cierto ángulo. Cuando se ve desde un lado, parece una forma de V, que es un motor en forma de V. . En comparación con el motor en línea, la altura y la longitud del motor tipo V son reducidas, lo que puede hacer que la cubierta del motor sea más baja y cumpla con los requisitos aerodinámicos. Los cilindros del motor tipo V están dispuestos en direcciones opuestas en ángulo, lo que puede compensar parte de la vibración. Sin embargo, la desventaja es que se deben utilizar dos culatas y la estructura es relativamente complicada. Aunque la altura del motor se ha reducido, su anchura también ha aumentado en consecuencia, lo que dificulta la instalación de otros dispositivos en un compartimento del motor de espacio fijo.
Los cilindros a ambos lados del motor en forma de V están escalonados en un ángulo pequeño para formar un motor en forma de W. En comparación con los motores tipo V, la ventaja de los motores tipo W es que el cigüeñal puede ser más corto y el peso puede ser más liviano, pero el ancho también aumenta correspondientemente y el compartimiento del motor se llenará más por completo. La desventaja es que el motor tipo W está estructuralmente dividido en dos partes, la estructura es más compleja y producirá mucha vibración durante el funcionamiento, por lo que solo se usa en unos pocos vehículos.
Los cilindros adyacentes de un motor horizontalmente opuestos están dispuestos uno frente al otro (la parte inferior del pistón mira hacia afuera). El ángulo entre los dos cilindros es de 180°, pero es esencialmente diferente de la V de 180°. -tipo motor. Los motores horizontalmente opuestos son similares a los motores en línea en que no usan pasadores de cigüeñal (es decir, un pistón solo está conectado a un pasador de cigüeñal) y la dirección de movimiento de los pistones opuestos es opuesta, pero el motor tipo V de 180° es justo al contrario. Las ventajas del motor horizontalmente opuesto son que puede compensar bien las vibraciones y hacer que el motor funcione más suavemente, y la parte delantera del automóvil puede diseñarse más baja para cumplir con los requisitos aerodinámicos; El eje es consistente con la dirección del eje de transmisión y la transmisión de potencia es de mayor eficiencia. Desventajas: la estructura es compleja y el mantenimiento inconveniente; el proceso de producción es exigente y el costo de producción es alto. Entre los automóviles de marcas conocidas, sólo Porsche y Subaru todavía insisten en utilizar motores horizontalmente opuestos.
La razón por la que el motor puede proporcionar potencia continuamente se debe al funcionamiento cíclico ordenado de los cuatro tiempos de entrada de aire, compresión, potencia y escape en el cilindro.
En la carrera de admisión, cuando el pistón se mueve desde el punto muerto superior al punto muerto inferior en el cilindro, la válvula de admisión se abre, la válvula de escape se cierra y la mezcla de aire fresco y gasolina es succionada hacia el cilindro.
Durante la carrera de compresión, las válvulas de admisión y escape se cierran, el pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior y el gas mezclado se comprime hasta la parte superior del cilindro para aumentar la temperatura del gas mezclado en preparación para el golpe de potencia.
Durante la carrera de potencia, la bujía enciende el gas comprimido y el gas mezclado "explota" en el cilindro para generar una enorme presión, empujando el pistón desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior, y empujando el cigüeñal. para girar a través de la biela.
En la carrera de escape, el pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior. En este momento, la válvula de admisión se cierra y la válvula de escape se abre, y los gases de escape quemados se descargan del. cilindro a través del colector de escape.
La potencia que el motor puede generar en realidad proviene de la "fuerza explosiva" en el cilindro.
En la cámara de combustión del cilindro sellado, la bujía enciende instantáneamente una cierta proporción de mezcla de gasolina y aire en el momento adecuado, lo que producirá una enorme fuerza explosiva. La parte superior de la cámara de combustión está fija y la enorme presión obliga al pistón a moverse. se mueve hacia abajo, empujando el cigüeñal a través de la biela, y luego transmite la potencia a las ruedas motrices a través de una serie de mecanismos, y finalmente impulsa el automóvil.
Para que la "explosión" en el cilindro sea más potente, el encendido oportuno es muy importante y la bujía en el cilindro desempeña el papel de "detonación". De hecho, el principio de encendido de la bujía es algo similar al del rayo. La cabeza de la bujía tiene un electrodo central y un electrodo lateral (hay un pequeño espacio entre dos nubes con iones de polaridad opuesta). espacio de encendido) entre los dos electrodos. Cuando se activa, puede generar chispas eléctricas de hasta más de 10.000 voltios, que pueden "detonar" instantáneamente el gas mezclado en el cilindro.
Para "explotar" continuamente en el cilindro, se debe ingresar continuamente combustible nuevo y los gases de escape deben descargarse a tiempo. Las válvulas de admisión y escape juegan un papel importante en este proceso. Las válvulas de admisión y escape están controladas por levas para realizar las dos acciones de "apertura" y "cierre" en el momento oportuno. ¿Por qué las válvulas de admisión que ves siempre son más grandes que las válvulas de escape? Debido a que el aire de admisión generalmente es aspirado por vacío y el escape se aprieta para expulsar los gases de escape, el escape es relativamente más fácil que el de admisión. Para que más aire fresco participe en la combustión, la válvula de admisión debe ser más grande para poder entrar más aire.
Si el motor tiene múltiples válvulas, el volumen de entrada de aire es grande a altas velocidades, el escape está limpio y el rendimiento del motor es mejor (similar a una sala de cine, es mucho más fácil entrar y Sin embargo, el diseño de válvulas múltiples es más complicado, especialmente el método de accionamiento de la válvula, la estructura de la cámara de combustión y la posición de la bujía, todos los cuales requieren un diseño preciso. Esto requiere un proceso de producción alto, un costo de fabricación alto y es difícil. mantenimiento posterior. Por lo tanto, el número de válvulas no debe ser demasiado. Los motores comunes tienen 4 válvulas por cilindro (2 de entrada y 2 de salida).
2. Análisis del principio de válvula variable del motor
Ya hemos entendido la estructura básica y la fuente de energía del motor. De hecho, la velocidad real del motor no es estática, sino como la de una persona que corre, a veces rápida y a veces suave, por lo que es especialmente importante ajustar su propio ritmo respiratorio. Echemos un vistazo a cómo "respira" el motor.
En pocas palabras, un árbol de levas es una varilla de metal con múltiples levas en forma de disco. ¿Qué papel juega esta varilla metálica en el funcionamiento del motor? Es el principal responsable de abrir y cerrar las válvulas de admisión y escape. El árbol de levas continúa girando impulsado por el cigüeñal, y la leva presiona continuamente la válvula (balancín o varilla de empuje), controlando así la apertura y el cierre de la válvula de admisión y la válvula de escape.
A menudo ves las letras SOHC y DOHC en la carcasa del motor. ¿Qué significan estas letras? OHV se refiere a válvula en cabeza y árbol de levas inferior, lo que significa que el árbol de levas está dispuesto en la parte inferior del cilindro y las válvulas están dispuestas en la parte superior del cilindro. OHC se refiere al árbol de levas en cabeza, es decir, el árbol de levas está dispuesto en la parte superior del cilindro.
Si solo hay un árbol de levas en la parte superior del cilindro que se encarga de abrir y cerrar las válvulas de admisión y escape al mismo tiempo, se denomina árbol de levas único en cabeza (SOHC). Si hay dos árboles de levas en la parte superior del cilindro responsables de abrir y cerrar las válvulas de admisión y escape, se llama doble árbol de levas en cabeza (DOHC).
La leva del árbol de levas inferior y el balancín de la válvula deben estar conectados mediante una biela de metal. La leva empuja hacia arriba la biela para empujar el balancín y abrir y cerrar la válvula. Sin embargo, una velocidad de rotación excesivamente alta puede causar fácilmente que la varilla de expulsión se rompa, por lo que este diseño se usa principalmente en motores con gran cilindrada, baja velocidad de rotación y alto par de salida. El árbol de levas en cabeza puede omitir la varilla de empuje, lo que simplifica el mecanismo de transmisión desde el árbol de levas a la válvula y es más adecuado para el rendimiento de potencia del motor a alta velocidad.
El tren de válvulas incluye principalmente tren de engranajes de distribución, árbol de levas, componentes de transmisión de válvulas (válvulas, varillas de empuje, balancines, etc.). Su función principal es abrir y cerrar oportunamente varias válvulas según las condiciones de trabajo. El motor. Las válvulas de admisión y escape del cilindro permiten que la mezcla de gas fresco llene el cilindro a tiempo y los gases de escape se puedan descargar del cilindro a tiempo.
La llamada sincronización de válvulas puede entenderse simplemente como el momento en el que la válvula se abre y se cierra. Teóricamente, durante la carrera de admisión, cuando el pistón se mueve del punto muerto superior al punto muerto inferior, la válvula de admisión se abre y la válvula de escape se cierra; durante la carrera de escape, cuando el pistón se mueve del punto muerto inferior al punto muerto superior, la admisión; Válvula cerrada y válvula de escape abierta.
Entonces, ¿por qué tenemos que llegar a tiempo? De hecho, en el funcionamiento real del motor, para aumentar la cantidad de aire entrante en el cilindro, es necesario abrir la válvula de admisión con anticipación y cerrarla más tarde para descargar los gases de escape en el limpiador del cilindro, el escape; La válvula también debe abrirse con anticipación y cerrarse más tarde para garantizar el funcionamiento eficiente del motor.
Cuando el motor gira a alta velocidad, el tiempo de succión y escape de cada cilindro es muy corto dentro de un ciclo de trabajo. Para lograr una alta eficiencia de carga, el tiempo de succión y escape del cilindro debe extenderse. el tiempo de escape requiere un aumento en el ángulo de superposición de las válvulas; cuando el motor está a baja velocidad, un ángulo de superposición excesivo de las válvulas fácilmente hará que los gases de escape fluyan hacia atrás y, en cambio, el volumen de admisión disminuirá, lo que resultará en un ralentí inestable y baja velocidad. Sesgo de torsión bajo.
Es difícil que la sincronización fija de válvulas satisfaga las necesidades de velocidades altas y bajas del motor al mismo tiempo, por lo que surgió la sincronización variable de válvulas. La sincronización variable de válvulas se puede ajustar según las diferentes velocidades del motor y condiciones de trabajo, de modo que el motor pueda lograr una eficiencia ideal de admisión y escape a velocidades altas y bajas.
La esencia que afecta la potencia del motor en realidad está relacionada con la cantidad de oxígeno que ingresa al cilindro por unidad de tiempo. El sistema de sincronización variable de válvulas solo puede cambiar el tiempo de apertura y cierre de la válvula, pero no puede cambiar el tiempo. por unidad de tiempo. El volumen de entrada de aire y la elevación variable de la válvula pueden satisfacer esta demanda. Si consideramos la válvula del motor como una "puerta" de la casa, la sincronización de la válvula puede entenderse como el momento en que se abre la "puerta", y la elevación de la válvula es equivalente al tamaño de la apertura de la "puerta".
El sistema de sincronización variable de válvulas de Toyota se ha utilizado ampliamente. El principio fundamental es instalar un mecanismo hidráulico en el árbol de levas y controlar la apertura y el cierre de la válvula dentro de un cierto rango de ángulo a través del control de la ECU. La hora de cierre se puede ajustar, ya sea adelantada, retrasada o mantenida sin cambios. El rotor exterior del engranaje de distribución del árbol de levas está conectado a la cadena de distribución (correa) y el rotor interior está conectado al árbol de levas. El rotor exterior puede impulsar indirectamente el rotor interior a través de aceite hidráulico, logrando así un avance o retraso del ángulo dentro de un cierto rango.
La estructura y el principio de funcionamiento del sistema de elevación de válvulas variables i-VTEC de Honda no son complicados. Puede verse como agregar un tercer balancín y un tercer árbol de levas al original. ¿Cómo cambia la elevación de la válvula? Se puede entender simplemente que mediante la separación e integración de los tres balancines, se logra la conmutación de los árboles de levas de ángulo alto y bajo, cambiando así la elevación de la válvula.
Cuando el motor tiene poca carga, los tres balancines están separados y los balancines a ambos lados de la leva de ángulo bajo controlan la apertura y el cierre de la válvula. es pequeño cuando el motor está bajo carga alta, los tres balancines se combinan en un solo cuerpo, el balancín del medio es impulsado por una leva de ángulo alto y la elevación de la válvula es grande.
El sistema de elevación de válvula variable Valvetronic de BMW cambia principalmente la elevación de la válvula agregando componentes como ejes excéntricos, servomotores y varillas de empuje intermedias a su mecanismo de válvula. Cuando el motor funciona, el mecanismo de engranaje helicoidal hace girar el eje excéntrico y luego empuja la válvula a través de la varilla de empuje intermedia y el balancín. La excéntrica gira en diferentes ángulos y el árbol de levas empuja la válvula a través de la varilla de empuje intermedia y el balancín para producir diferentes elevaciones, controlando así la elevación de la válvula.
El sistema de elevación de válvula variable AVS de Audi cambia principalmente la elevación de la válvula cambiando dos juegos de levas con diferentes alturas en el árbol de levas. Su principio es muy similar al i-VTEC de Honda, excepto que el sistema AVS utiliza una espiral. Manguito ranurado instalado en el árbol de levas para mover el árbol de levas hacia la izquierda y hacia la derecha, cambiando así las levas altas y bajas en el árbol de levas.
Cuando el motor está bajo carga alta, el controlador electromagnético mueve el árbol de levas hacia la derecha y cambia a una leva de ángulo alto, aumentando así la elevación de la válvula cuando el motor está bajo carga baja, el controlador electromagnético; mueve el árbol de levas hacia la izquierda. Mueva, cambie a una leva de ángulo bajo para reducir la elevación de la válvula.
El principal motor de un híbrido suave es el motor de combustible, mientras que el motor eléctrico sólo sirve como función auxiliar y no puede impulsar el coche por sí solo. Sin embargo, puede recuperar energía cuando el vehículo desacelera y frena para lograr la máxima eficiencia de la potencia híbrida.