Nhiều người muốn tìm hiểu thêm về ô tô để hiểu sâu hơn về ô tô nhưng do cấu trúc ô tô phức tạp nên đều bỏ cuộc. Dưới đây chúng tôi đã chuẩn bị cho bạn một bộ bài viết minh họa về ô tô, trong đó phân tích cấu trúc bên trong của ô tô bằng hình ảnh, làm cho các nguyên tắc phức tạp trở nên dễ hiểu.
hình ảnh
Phân tích các loại kết cấu động cơ
Động cơ là nguồn năng lượng của ô tô, giống như trái tim con người. Tuy nhiên, kích thước và cấu trúc trái tim của những người khác nhau không khác nhau nhiều, nhưng cấu trúc bên trong động cơ của những chiếc ô tô khác nhau lại rất khác nhau. Vậy sự khác biệt trong cấu trúc của các động cơ khác nhau là gì? Hãy cùng nhau tìm hiểu dưới đây.
● Nguồn năng lượng ô tô
hình ảnh
Nguồn năng lượng của ô tô là động cơ, công suất của động cơ đến từ bên trong xi lanh. Xy lanh động cơ là nơi chuyển hóa nội năng của nhiên liệu thành động năng. Có thể hiểu đơn giản là nhiên liệu được đốt cháy trong xi lanh, tạo ra một áp suất rất lớn đẩy piston lên xuống, đồng thời lực được truyền đến trục khuỷu thông qua thanh nối, cuối cùng chuyển thành chuyển động quay, rồi qua bộ truyền động. và trục dẫn động, lực được truyền tới các bánh dẫn động để đẩy ô tô về phía trước.
●Số lượng xi lanh không được quá nhiều
hình ảnh
Hầu hết các xe ô tô nói chung đều có động cơ bốn xi-lanh và sáu xi-lanh. Vì sức mạnh của động cơ chủ yếu đến từ xi-lanh, phải chăng càng nhiều xi-lanh càng tốt? Trên thực tế, khi số lượng xi-lanh tăng lên thì các bộ phận của động cơ cũng tăng theo. Với mức tăng tương ứng, kết cấu của động cơ sẽ phức tạp hơn, điều này cũng làm giảm độ tin cậy của động cơ. Ngoài ra, nó cũng sẽ làm tăng chi phí sản xuất động cơ và chi phí bảo trì tiếp theo. Vì vậy, số lượng xi lanh trong động cơ ô tô được lựa chọn sau khi đánh đổi toàn diện dựa trên yêu cầu sử dụng và hiệu suất của động cơ. Những động cơ như V12, W12 và W16 chỉ được sử dụng trên một số mẫu xe hiệu suất cao.
● Cấu trúc động cơ chữ V
hình ảnh
Trên thực tế, hiểu đơn giản về động cơ hình chữ V là các xi lanh liền kề nhau được nhóm lại với nhau theo một góc nhất định. Khi nhìn từ bên cạnh, nó trông giống hình chữ V, tức là động cơ hình chữ V. So với động cơ thẳng hàng, chiều cao và chiều dài của động cơ loại V giảm đi, điều này có thể làm cho nắp động cơ thấp hơn và đáp ứng các yêu cầu về khí động học. Các xi lanh của động cơ chữ V được bố trí ngược nhau một góc, có thể bù đắp một phần rung động. Tuy nhiên, nhược điểm là phải sử dụng hai đầu xi lanh và kết cấu tương đối phức tạp. Mặc dù chiều cao của động cơ đã giảm đi nhưng chiều rộng của nó cũng tăng lên tương ứng, gây khó khăn cho việc lắp đặt các thiết bị khác trong khoang động cơ có không gian cố định.
●Cấu trúc động cơ kiểu W
hình ảnh
Các xi lanh hai bên của động cơ hình chữ V được đặt so le một góc nhỏ tạo thành động cơ hình chữ W. So với động cơ loại V, ưu điểm của động cơ loại W là trục khuỷu có thể ngắn hơn và trọng lượng có thể nhẹ hơn nhưng chiều rộng cũng tăng lên tương ứng, khoang động cơ sẽ được lấp đầy đầy đủ hơn. Nhược điểm là động cơ loại W có kết cấu chia làm hai phần, kết cấu phức tạp hơn, khi vận hành sẽ sinh ra nhiều rung động nên chỉ được sử dụng ở một số ít xe.
hình ảnh
● Cấu trúc động cơ đối xứng theo chiều ngang
hình ảnh
Các xi lanh liền kề của động cơ nằm đối diện nhau được bố trí đối diện nhau (đáy piston hướng ra ngoài). Góc giữa hai xi-lanh là 180 độ, nhưng về cơ bản nó khác với động cơ loại V 180 độ. Động cơ đối xứng theo chiều ngang tương tự như động cơ nội tuyến ở chỗ chúng không dùng chung một chốt trục khuỷu (nghĩa là một piston chỉ nối với một chốt trục khuỷu) và hướng chuyển động của các piston đối diện là ngược nhau mà là hướng chuyển động 180 độ V- loại động cơ thì ngược lại. Ưu điểm của động cơ đặt ngang là có khả năng bù rung tốt, giúp động cơ hoạt động êm ái hơn; trọng tâm thấp, phần đầu xe có thể được thiết kế thấp hơn để đáp ứng yêu cầu về khí động học; hướng của trục đầu ra công suất phù hợp với hướng của trục truyền động và việc truyền tải điện có hiệu suất cao hơn. Nhược điểm: Cấu trúc phức tạp và bảo trì bất tiện; quá trình sản xuất đòi hỏi khắt khe và chi phí sản xuất cao. Trong số những mẫu xe có thương hiệu nổi tiếng, chỉ có Porsche và Subaru vẫn kiên quyết sử dụng động cơ đặt đối xứng theo chiều ngang.
● Tại sao động cơ lại cung cấp điện liên tục?
Sở dĩ động cơ có thể cung cấp năng lượng liên tục là do sự hoạt động tuần hoàn có trật tự của bốn kỳ nạp, nén, công suất và xả trong xi lanh.
hình ảnh
Trong kỳ nạp, khi piston di chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới trong xi lanh, van nạp mở ra, van xả đóng lại, không khí trong lành và hỗn hợp xăng được hút vào xi lanh.
Trong quá trình nén, các van nạp và van xả đóng lại, piston di chuyển từ điểm chết dưới đến điểm chết trên, nén hỗn hợp khí lên đỉnh xi lanh để tăng nhiệt độ của khí hỗn hợp và chuẩn bị cho kỳ công suất. .
Trong quá trình đánh lửa, bugi đốt cháy khí nén, hỗn hợp khí “nổ” trong xi lanh tạo ra áp suất rất lớn, đẩy piston từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, đồng thời đẩy trục khuỷu quay qua thanh truyền. .
Trong quá trình xả, piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. Lúc này, van nạp đóng và van xả mở ra, khí thải đã đốt cháy được thải ra khỏi xi lanh qua ống xả.
● Công suất động cơ đến từ các vụ nổ
hình ảnh
Công suất mà động cơ có thể tạo ra thực chất đến từ “lực nổ” trong xi lanh. Trong buồng đốt xi lanh kín, bugi đánh lửa ngay lập tức một tỷ lệ hỗn hợp xăng và không khí nhất định sẽ tạo ra lực nổ cực lớn. Đỉnh buồng đốt được cố định, áp suất cực lớn buộc piston di chuyển xuống dưới. , đẩy trục khuỷu qua thanh nối, sau đó truyền lực tới các bánh dẫn động thông qua một loạt cơ cấu, và cuối cùng là dẫn động ô tô.
● Bugi là bậc thầy về “kích nổ”
hình ảnh
Muốn “vụ nổ” trong xi-lanh mạnh hơn thì việc đánh lửa kịp thời là rất quan trọng, và bugi đánh lửa trong xi-lanh đóng vai trò “nổ”. Trên thực tế, nguyên lý đánh lửa của bugi có phần giống với nguyên lý của tia sét. Đầu bugi có một điện cực trung tâm và một điện cực bên (so với hai đám mây có ion phân cực trái dấu). Có một khe hở nhỏ (gọi là khe hở đánh lửa) giữa hai điện cực. Khi được cấp điện, nó có thể tạo ra tia lửa điện có hiệu điện thế lên tới hơn 10,{1}} vôn, có thể ngay lập tức "kích nổ" hỗn hợp khí trong xi lanh.
●Van nạp lớn hơn van xả
hình ảnh
Để liên tục “nổ” trong xi lanh, nhiên liệu mới phải được đưa vào liên tục và khí thải phải được thải ra kịp thời. Van nạp và van xả đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Các van nạp và xả được điều khiển bằng cam để thực hiện hai hành động “mở” và “đóng” một cách kịp thời. Tại sao van nạp bạn thấy luôn lớn hơn van xả? Do không khí nạp thường được hút vào bằng chân không và khí thải được ép để đẩy khí thải ra ngoài nên việc xả khí tương đối dễ dàng hơn so với nạp. Để có được nhiều không khí trong lành hơn tham gia vào quá trình đốt cháy, van nạp cần phải lớn hơn để lấy được nhiều không khí hơn.
● Số lượng van không được quá nhiều
hình ảnh
Nếu động cơ có nhiều van thì lượng khí nạp lớn ở tốc độ cao, khí thải sạch và hiệu suất động cơ tốt hơn (tương tự như rạp chiếu phim, nếu có nhiều cửa ra vào sẽ dễ dàng hơn rất nhiều). ngoài). Tuy nhiên, thiết kế nhiều van phức tạp hơn, đặc biệt là phương pháp dẫn động van, kết cấu buồng cháy và vị trí bugi đều cần phải được bố trí cẩn thận. Điều này đòi hỏi quy trình sản xuất cao, chi phí sản xuất cao và khó bảo trì sau này. Vì vậy, số lượng van không nên quá nhiều. Động cơ thông thường có 4 van trên mỗi xi-lanh (2 van vào và 2 van ra).
Phân tích nguyên lý van biến thiên động cơ
Chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo cơ bản và nguồn năng lượng của động cơ. Trên thực tế, tốc độ chạy thực tế của động cơ không phải là tĩnh mà giống như một người đang chạy, lúc nhanh, lúc nhẹ nhàng nên việc điều chỉnh nhịp thở của bản thân là điều đặc biệt quan trọng. Chúng ta hãy xem động cơ "thở" như thế nào.
● Chức năng của trục cam
hình ảnh
Nói một cách đơn giản, trục cam là một thanh kim loại có nhiều cam hình đĩa. Thanh kim loại này có vai trò gì trong hoạt động của động cơ? Nó chủ yếu chịu trách nhiệm mở và đóng van nạp và xả. Trục cam tiếp tục quay do trục khuỷu dẫn động, cam liên tục ép vào van (cánh tay cò mổ hoặc thanh đẩy), từ đó điều khiển việc đóng mở van nạp và van xả.
●OHV, OHC, SOHC và DOHC có nghĩa là gì?
Chữ SOHC và DOHC thường thấy trên vỏ động cơ. Những chữ cái này có ý nghĩa gì? OHV dùng để chỉ van trên và trục cam dưới, có nghĩa là trục cam được bố trí ở đáy xi lanh và các van được bố trí ở trên cùng của xi lanh. OHC dùng để chỉ trục cam trên cao, tức là trục cam được bố trí trên đỉnh xi lanh.
hình ảnh
Nếu chỉ có một trục cam ở đầu xi lanh có nhiệm vụ đóng mở van nạp và xả cùng lúc thì gọi là trục cam đơn trên cao (SOHC). Nếu có hai trục cam trên đỉnh xi lanh chịu trách nhiệm đóng mở van nạp và xả thì gọi là trục cam đôi trên cao (DOHC).
hình ảnh
Cam của trục cam phía dưới và tay cò mổ van cần được nối với nhau bằng thanh nối kim loại. Cam nâng thanh kết nối và đẩy cần gạt để đóng mở van. Tuy nhiên, tốc độ quay quá cao có thể dễ dàng làm gãy thanh đẩy nên thiết kế này chủ yếu được sử dụng ở các động cơ có phân khối lớn, tốc độ quay thấp và theo đuổi công suất mô-men xoắn lớn. Trục cam trên có thể bỏ qua thanh đẩy, giúp đơn giản hóa cơ cấu truyền động từ trục cam đến van, phù hợp hơn với công suất của động cơ ở tốc độ cao. Trục cam trên cao được sử dụng rộng rãi.
● Vai trò của cơ chế phân phối khí
hình ảnh
Hệ thống van chủ yếu bao gồm bộ truyền bánh răng định thời, trục cam, các bộ phận truyền động van (van, thanh đẩy, tay cò mổ, v.v.). Chức năng chính của nó là đóng mở kịp thời các van nạp và xả của từng xi-lanh tùy theo điều kiện làm việc của động cơ. , để khí hỗn hợp mới có thể lấp đầy xi lanh kịp thời và khí thải có thể được thải ra khỏi xi lanh kịp thời.
● Thời điểm van là gì? Tại sao cần có thời gian?
Cái gọi là thời điểm van có thể hiểu đơn giản là thời điểm van mở và đóng. Về mặt lý thuyết, trong hành trình nạp, khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới thì xupáp nạp mở ra và xupáp xả đóng lại; Trong quá trình xả, khi piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, van nạp đóng và van xả mở.
hình ảnh
Vậy tại sao chúng ta cần phải đến đúng giờ? Trong thực tế, trong hoạt động thực tế của động cơ, để tăng lượng khí nạp vào xi lanh thì van nạp cần phải mở trước và đóng sau; Tương tự, để xả khí thải vào máy làm sạch xi lanh thì van xả cũng cần phải mở trước và đóng sau. Trì hoãn tắt máy để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả.
●Điều khiển van biến thiên và độ nâng van biến thiên là gì?
Khi động cơ quay ở tốc độ cao, thời gian hút và xả của mỗi xi lanh trong một chu trình làm việc rất ngắn. Để đạt được hiệu suất sạc cao, thời gian hút và xả của xi lanh phải được kéo dài, đó là yêu cầu bắt buộc. Tăng góc chồng chéo van; khi động cơ ở tốc độ thấp, góc chồng van quá mức sẽ dễ khiến khí thải chảy ngược lại, thay vào đó lượng nạp sẽ giảm, dẫn đến động cơ chạy không tải không ổn định và mô-men xoắn ở tốc độ thấp thấp.
hình ảnh
Rất khó để điều phối van cố định có thể đáp ứng đồng thời nhu cầu của cả tốc độ động cơ cao và thấp, vì vậy điều phối van biến thiên đã ra đời. Thời gian van biến thiên có thể được điều chỉnh theo các tốc độ và điều kiện làm việc khác nhau của động cơ, để động cơ có thể đạt được hiệu suất nạp và xả lý tưởng ở tốc độ cao và thấp.
hình ảnh
Bản chất ảnh hưởng đến công suất động cơ thực chất có liên quan đến lượng oxy đi vào xi lanh trên một đơn vị thời gian. Hệ thống điều phối van biến thiên chỉ có thể thay đổi thời gian đóng mở của van chứ không thể thay đổi lượng khí nạp trên một đơn vị thời gian. Van điều chỉnh thời gian nâng có thể đáp ứng nhu cầu này. Nếu coi van động cơ như một “cửa” của ngôi nhà thì thời điểm đóng van có thể hiểu là thời điểm “cửa” mở ra, và độ nâng van tương đương với kích thước cửa “mở”.
● Hệ thống điều phối van biến thiên Toyota VVT-i
Hệ thống điều phối van biến thiên của Toyota đã được sử dụng rộng rãi. Nguyên lý chính là lắp cơ cấu thủy lực trên trục cam, và thông qua sự điều khiển của ECU, điều chỉnh thời gian đóng mở van trong một phạm vi góc nhất định, hoặc Tiến, trễ hoặc giữ nguyên.
hình ảnh
Rôto bên ngoài của bánh răng định thời của trục cam được nối với xích định thời (dây đai) và rôto bên trong được nối với trục cam. Rôto bên ngoài có thể điều khiển gián tiếp rôto bên trong thông qua dầu thủy lực, nhờ đó đạt được góc tăng hoặc giảm góc trong một phạm vi nhất định.
● Hệ thống nâng van biến thiên Honda i-VTEC
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nâng van biến thiên i-VTEC của Honda không phức tạp. Có thể coi đây là việc bổ sung thêm cánh tay đòn thứ ba và trục cam thứ ba vào nguyên bản. Làm thế nào để nó thay đổi độ nâng van? Có thể hiểu đơn giản là thông qua việc tách và tích hợp ba cánh tay đòn sẽ thực hiện được việc chuyển đổi trục cam góc cao và góc thấp, từ đó thay đổi độ nâng van.
hình ảnh
Khi động cơ ở mức tải thấp, ba cánh tay đòn ở trạng thái tách biệt. Các tay đòn ở hai bên của cam góc thấp điều khiển việc đóng mở van, độ nâng van nhỏ. Khi động cơ chịu tải cao, ba cánh tay đòn được kết hợp thành một, độ nâng van nhỏ. Cam góc dẫn động cánh tay đòn trung gian và có độ nâng van lớn.
● Hệ thống nâng van biến thiên BMW Valvetronic
hình ảnh
Hệ thống nâng van biến thiên Valvetronic của BMW chủ yếu thay đổi độ nâng van bằng cách bổ sung các bộ phận như trục lệch tâm, động cơ servo và thanh đẩy trung gian vào cơ cấu van của nó. Khi động cơ hoạt động, cơ cấu bánh răng trục vít dẫn động trục lệch tâm quay, sau đó đẩy van qua cần đẩy trung gian và tay đòn. Trục lệch tâm quay ở các góc khác nhau, trục cam đẩy van qua thanh đẩy trung gian và tay đòn để tạo ra các lực nâng khác nhau, từ đó điều khiển lực nâng van.
● Hệ thống nâng van biến thiên Audi AVS
hình ảnh
Hệ thống nâng van biến thiên AVS của Audi chủ yếu thay đổi độ nâng van bằng cách chuyển đổi hai bộ cam có chiều cao khác nhau trên trục cam. Nguyên lý của nó rất giống với i-VTEC của Honda, ngoại trừ hệ thống AVS được lắp trên trục cam. Ống lót rãnh xoắn ốc trên trục cam dùng để di chuyển trục cam sang trái và phải, từ đó chuyển đổi cam cao và thấp trên trục cam.
hình ảnh
hình ảnh
Khi động cơ chịu tải cao, bộ dẫn động điện từ di chuyển trục cam sang phải và chuyển sang cam góc cao, từ đó làm tăng độ nâng van; khi động cơ ở chế độ tải thấp, bộ dẫn động điện từ di chuyển trục cam sang trái và chuyển sang cam góc thấp. , để giảm độ nâng van.
Phân tích nguyên lý phun trực tiếp vào xi lanh động cơ
Khi các yêu cầu về năng lượng và bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, động cơ phải tiếp tục được nâng cấp và phát triển để đáp ứng nhu cầu của con người. Tôi tin rằng mọi người đều quen thuộc với các thuật ngữ như "phun trực tiếp trong xi lanh", "cháy phân tầng" và "chuyển vị thay đổi". Họ làm việc như thế nào? Hãy cùng nhau tìm hiểu dưới đây.
● Piston và trục khuỷu có phải là nơi “mệt” nhất không?
hình ảnh
Sau khi khởi động và chạy, "đầu" của pít-tông sẽ chịu nhiệt độ cao và áp suất cao, tiếp tục chuyển động lên xuống với tốc độ cao. Môi trường làm việc rất khắc nghiệt. Có thể nói piston là “trái tim” của động cơ nên độ chính xác sản xuất nguyên liệu của piston có yêu cầu rất cao.
hình ảnh
Trục khuỷu bị piston dẫm lên cũng gây khó chịu vì phải quay liên tục với tốc độ cao. Trục khuỷu quay hàng nghìn lần mỗi phút và gánh vác nhiệm vụ gian khổ là dẫn động bơm dầu, máy phát điện, máy nén điều hòa không khí, trục cam và các cơ cấu khác. Là trục trung gian của công suất động cơ nên cũng tương đối “khỏe”.
● Làm thế nào để biến chuyển động thẳng thành chuyển động quay?
Chúng ta đều biết rằng piston trong xi lanh chuyển động lên xuống theo chuyển động thẳng, nhưng để tạo ra lực quay đẩy các bánh xe về phía trước thì chuyển động thẳng chuyển động thành chuyển động quay như thế nào? Trên thực tế, điều này liên quan rất nhiều đến kết cấu của trục khuỷu. Trục thanh truyền của trục khuỷu và trục chính không nằm trên một đường thẳng mà bố trí ngược nhau.
hình ảnh
Nguyên tắc chuyển động này thực sự theo tôi
