Serie de recopilación de conocimientos sobre el motor del automóvil
1. Análisis de los tipos de estructuras del motor
Como fuente de energía de un automóvil, el motor es como el corazón humano. Sin embargo, el tamaño y la estructura del corazón de diferentes personas no son muy diferentes, pero la estructura interna de los motores de diferentes automóviles es muy diferente. ¿Cuáles son las diferencias entre los diferentes motores? Echemos un vistazo.
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 donde la energía interna del combustible se convierte en energía cinética. Se puede entender simplemente que el combustible se quema en el cilindro, generando una enorme presión para empujar el pistón hacia arriba y hacia abajo. La fuerza se transmite al cigüeñal a través de la biela y finalmente se convierte en movimiento de rotación. ruedas a través de la transmisión y el eje de transmisión, impulsando así el automóvil.
Los coches corrientes suelen tener motores de cuatro o seis cilindros. Dado que la potencia de un motor proviene principalmente de los cilindros, ¿no sería mejor cuantos más cilindros haya? De hecho, a medida que aumenta el número de cilindros, los componentes del motor también aumentarán en consecuencia y la estructura del motor se volverá más compleja, lo que también reducirá la confiabilidad del motor y aumentará el costo de fabricación y el costo posterior de mantenimiento del mismo. el motor. Por lo tanto, el número de cilindros del motor de un automóvil se selecciona basándose en un equilibrio integral entre el uso del motor y los requisitos de rendimiento. Los motores V12, W12, W16 y otros sólo se utilizan en unos pocos coches de alto rendimiento.
De hecho, la comprensión simple de un motor tipo V es combinar cilindros adyacentes en un cierto ángulo. Cuando se ve desde un lado, parece un motor tipo V. . En comparación con los motores en línea, la altura y la longitud de los motores en forma de V son reducidas, lo que puede hacer que el capó sea más bajo y cumpla con los requisitos aerodinámicos. Por otro lado, los cilindros de un motor tipo V están dispuestos en ángulos opuestos, lo que puede compensar parte de la vibración, pero la desventaja es que se deben utilizar dos culatas y la estructura es relativamente complicada. Aunque se reduce la altura del motor, su anchura también aumenta en consecuencia, por lo que no es fácil instalar otros dispositivos en el compartimento del motor con un espacio fijo.
Los cilindros a ambos lados del motor tipo V están escalonados en un pequeño ángulo. Este es el motor tipo W. En comparación con los motores tipo V, las ventajas de los motores tipo W son que el cigüeñal es más corto y liviano, pero el ancho aumenta correspondientemente y el compartimiento del motor estará más lleno. La desventaja es que el motor tipo W está estructuralmente dividido en dos partes, la estructura es relativamente compleja y producirá mucha vibración cuando esté en funcionamiento, por lo que solo se usa en unos pocos automóviles.
Los cilindros adyacentes de un motor horizontalmente opuesto están dispuestos de manera opuesta (la parte inferior del pistón mira hacia afuera). El ángulo entre los dos cilindros es de 180, pero es esencialmente diferente del del motor de 180 V. Los motores Boxer son similares a los motores en línea en que no usan un muñón de cigüeñal (es decir, el pistón solo está conectado al muñón de cigüeñal) y los pistones opuestos se mueven en la dirección opuesta, pero el motor de 180 V es todo lo contrario. La ventaja de un motor horizontalmente opuesto es que puede compensar las vibraciones y hacer que el motor funcione con mayor suavidad. El centro de gravedad es bajo y la parte delantera del automóvil se puede diseñar más baja para cumplir con los requisitos aerodinámicos, la dirección del eje de salida de potencia es consistente con la dirección del eje de transmisión y la eficiencia de transmisión de potencia es alta. Desventajas: estructura compleja, mantenimiento inconveniente; altos requisitos del proceso de producción y altos costos de producción. Sólo Porsche y Subaru siguen insistiendo en utilizar motores bóxer en coches de marcas conocidas.
La razón por la que el motor puede proporcionar potencia continuamente es porque los cuatro tiempos de admisión, compresión, potencia y escape en el cilindro funcionan en un ciclo ordenado.
Durante 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, la válvula de admisión y la válvula de escape se cierran y el pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior, comprimiendo la mezcla hasta la parte superior del cilindro, aumentando así la temperatura del mezcla y formando el golpe de potencia. Prepárate.
Durante la carrera de potencia, la bujía enciende el gas comprimido y la mezcla "explota" en el cilindro para generar una enorme presión, empujando el pistón desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior, e impulsando el cigüeñal. para girar a través de la biela.
Durante la carrera de escape, el pistón se mueve desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior. En este momento, la válvula de admisión se cierra, 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 puede generar un motor en realidad proviene de la "fuerza explosiva" en el cilindro. En la cámara de combustión del cilindro sellado, la bujía enciende 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 fuerza el pistón. para moverse hacia abajo a través de la conexión. La varilla empuja el cigüeñal, que luego transmite la potencia a las ruedas motrices a través de una serie de mecanismos, impulsando finalmente el automóvil.
Si la "explosión" en el cilindro es más potente, el encendido oportuno es muy importante. La bujía en el cilindro desempeña el papel de "detonación". De hecho, el principio de encendido de las bujías es algo similar al de un rayo. El cabezal de la bujía tiene un electrodo central y un electrodo lateral (correspondientes a dos nubes de iones de polaridad opuesta) y hay un pequeño espacio (llamado espacio de encendido) entre los dos electrodos. Después de encenderse, puede generar una chispa eléctrica de hasta 65.438+100.000 voltios, "detonando" instantáneamente la mezcla de gas en el cilindro.
Para mantener la "explosión" en el cilindro, es necesario introducir continuamente nuevo combustible y descargar los gases de escape a tiempo, y las válvulas de admisión y escape juegan un papel importante en este proceso. La válvula de admisión y la válvula de escape están controladas por levas para realizar acciones de "apertura" y "cierre" en el momento adecuado. ¿Por qué las válvulas de admisión son más grandes que las de escape? Generalmente, la entrada de aire se realiza mediante succión al vacío y la extracción se realiza mediante extrusión, por lo que la extracción es relativamente más fácil que la entrada de aire. Para obtener más aire fresco para la combustión, es necesario agrandar la válvula de admisión para obtener más entrada de aire.
Si el motor tiene múltiples válvulas, un gran volumen de entrada de aire y un escape limpio a altas velocidades, el rendimiento del motor será mejor (similar a una sala de cine, más puertas facilitan la entrada y salida) . El diseño de múltiples válvulas es relativamente complejo, especialmente el método de accionamiento de la válvula, la estructura de la cámara de combustión y la posición de la bujía, todo lo cual requiere disposiciones precisas. Por lo tanto, el proceso de producción requiere altos requisitos y el costo de fabricación es. naturalmente alto, y el mantenimiento posterior es difícil. Por tanto, el número de válvulas no puede ser demasiado. Los motores normales tienen cuatro válvulas por cilindro (2 de entrada y 2 de salida).
2. Análisis del principio de válvula variable del motor
La estructura básica y la fuente de energía del motor se conocen antes. De hecho, la velocidad de funcionamiento real del motor no es estática, sino como correr, a veces rápida y a veces lenta, por lo que es especialmente importante ajustar el ritmo de la respiración. 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. Cuando el árbol de levas continúa girando impulsado por el cigüeñal, la leva presiona continuamente la válvula (balancín o varilla de empuje), realizando así la función de controlar la apertura y el cierre de la válvula de admisión y la válvula de escape.
Las letras SOHC y DOHC suelen aparecer en las carcasas de los motores. ¿Qué significan estas letras? OHV se refiere a válvulas en cabeza y árboles de levas inferiores, es decir, 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 en la parte superior del cilindro hay un solo árbol de levas que se encarga de abrir y cerrar las válvulas de admisión y de 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, encargados de abrir y cerrar la válvula de admisión y la válvula de escape respectivamente, se llama DOHC.
Es necesario conectar una biela de metal entre la leva del árbol de levas inferior y el balancín de la válvula. La leva empuja la biela hacia arriba para empujar el balancín y abrir y cerrar la válvula. Sin embargo, una velocidad demasiado alta puede hacer que la varilla de expulsión se rompa fácilmente, por lo que este diseño se utiliza principalmente en motores con gran cilindrada, baja velocidad y alto par de salida. El árbol de levas en cabeza puede omitir la varilla de empuje, lo que simplifica el mecanismo de transmisión del árbol de levas a la válvula y es más adecuado para el rendimiento de potencia del motor a altas velocidades. Los árboles de levas en cabeza se utilizan ampliamente.
El tren de válvulas incluye principalmente el tren de engranajes de distribución, el árbol de levas y el conjunto de transmisión de válvulas (válvula, varilla de empuje, balancín, etc.). Su función principal es abrir y cerrar oportunamente la válvula según las condiciones de trabajo. del motor Cierre las válvulas de admisión y escape de cada cilindro para que el gas mezclado fresco pueda llenar el cilindro a tiempo y los gases de escape puedan descargarse 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, cuando el pistón se mueve desde el punto muerto superior al punto muerto inferior en la carrera de admisión, la válvula de admisión se abre y la válvula de escape se cierra. Durante la carrera de escape, cuando el pistón se mueve desde el punto muerto inferior al punto muerto superior, la válvula de admisión se cierra y la válvula de escape se abre.
Entonces ¿por qué elegir la hora? De hecho, en el funcionamiento real del motor, para aumentar la cantidad de entrada de aire en el cilindro, es necesario abrir la válvula de admisión con anticipación y cerrarla más tarde, para que los gases de escape en el cilindro sean más limpios y el escape; La válvula debe abrirse con antelación y cerrarse para garantizar el funcionamiento eficaz del motor.
Cuando el motor funciona a alta velocidad, el tiempo de admisión y escape de cada cilindro es muy corto en un ciclo de trabajo. Para lograr una mayor eficiencia de carga, es necesario extender el tiempo de admisión y escape del cilindro, es decir, aumentar el ángulo de superposición de las válvulas; sin embargo, cuando el motor está a baja velocidad, un ángulo de superposición excesivo de las válvulas puede causar fácilmente; los gases de escape fluyan hacia atrás y reduzcan el volumen de entrada de aire, lo que resulta en una velocidad de ralentí inestable y una baja velocidad de torsión.
Es difícil que la fase de válvula fija cumpla con los requisitos de alta y baja velocidad al mismo tiempo, por lo que surgió la fase de válvula variable. La sincronización variable de válvulas se puede ajustar según la velocidad del motor y las condiciones de trabajo, de modo que el motor pueda lograr una eficiencia ideal de admisión y escape a velocidades altas y bajas.
La esencia del impacto en la potencia del motor está en realidad 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 volumen de entrada de aire por unidad de tiempo. Cambiar la elevación de la válvula puede 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 equivale a la apertura de la "puerta".
El sistema de sincronización variable de válvulas de Toyota ha sido ampliamente utilizado. El principio fundamental es instalar un mecanismo hidráulico en el árbol de levas. A través del control de la ECU, el tiempo de apertura y cierre de la válvula se puede ajustar dentro de un cierto rango de ángulo. Puede avanzar, retrasarse o no cambiarse. 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 para lograr un avance o retraso en 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 el cambio de árboles de levas de ángulo alto y bajo se logra mediante la separación y combinación de tres balancines, cambiando así la carrera de la válvula.
Cuando el motor tiene poca carga, los tres balancines están separados. Los balancines a ambos lados de la leva de ángulo bajo controlan la apertura y el cierre de la válvula y la elevación de la válvula. es pequeño Cuando el motor está bajo carga alta, los tres balancines están cerrados dos en uno, el balancín del medio es impulsado por una leva de ángulo alto, por lo que la elevación de la válvula es grande.
El sistema de elevación de válvula variable Valvetronic de BMW cambia principalmente la elevación de la válvula añadiendo un eje excéntrico, un servomotor y una varilla de empuje intermedia 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. El árbol de levas empuja la válvula a través de la varilla de empuje intermedia y el balancín con diferentes ángulos de rotación de la rueda excéntrica, 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 mueve el árbol de levas hacia la izquierda y hacia la derecha a través de un manguito con ranura en espiral instalado en el árbol de levas, y luego cambia las levas altas y bajas en el árbol de levas.
Cuando la carga del motor es 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 la carga del motor es baja, el controlador electromagnético mueve la leva; árbol de levas hacia la izquierda y cambia a una leva de ángulo bajo, lo que reduce la elevación de la válvula.
La principal fuerza motriz de un vehículo híbrido suave es el motor de combustible, mientras que el motor sólo sirve como función auxiliar y no puede impulsar el vehículo por sí solo. Sin embargo, puede recuperar energía cuando el vehículo desacelera y frena para lograr la máxima eficiencia híbrida.