Nhiều người đã lái xe trong nhiều năm mà không biết chính xác điều gì khiến một chiếc ô tô chạy bằng xăng-chuyển động được.
Hôm nay chúng ta hãy làm rõ chuyện này một lần và mãi mãi.
I. Bốn hành động lặp đi lặp lại trong một vòng
Sức mạnh của ô tô chạy xăng đến từ động cơ của nó, và cốt lõi của động cơ bao gồm bốn kỳ: nạp, nén, công suất và xả.
Bạn có thể hình dung bốn động tác này khi một người thực hiện một chuỗi chuyển động hoàn chỉnh: hít vào, gồng người, dùng lực và thở ra.
Hành động đầu tiên: Ăn vào. Piston di chuyển xuống dưới; van nạp mở còn van xả đóng. Điều này tạo ra áp suất âm bên trong xi lanh, hút "hỗn hợp nhiên liệu không khí" (hỗn hợp không khí và xăng) vào. Nó hoạt động giống như kéo pít tông trên ống tiêm để hút thứ gì đó vào.
Hành động thứ hai: Nén. Cả van nạp và van xả đều đóng chặt và piston di chuyển lên trên. Hỗn hợp được nén ngày càng chặt hơn; thể tích của nó co lại trong khi nhiệt độ và áp suất của nó tăng lên. Tỷ số nén của ô tô gia đình tiêu chuẩn thường nằm trong khoảng từ 10:1 đến 12:1. Tỷ số nén cao hơn mang lại nhiều sức nổ hơn trong quá trình đốt cháy. Tuy nhiên, nó không thể *quá* cao; nếu đúng như vậy, xăng có thể tự bốc cháy trước khi bugi đánh lửa-một hiện tượng được gọi là "gõ" hoặc-đánh lửa trước. Đó là lý do tại sao chỉ số octan của loại xăng bạn sử dụng phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ.
Hành động thứ ba: Quyền lực. Đây là cú đánh duy nhất tạo ra sức mạnh. Ngay khi pít-tông gần đến đỉnh, bugi đánh lửa. Hỗn hợp cháy ngay lập tức, tạo ra khí có nhiệt độ-, áp suất cao- đẩy pít-tông xuống một cách mạnh mẽ. Chuyển động tuyến tính của piston được truyền qua thanh kết nối đến trục khuỷu, chuyển nó thành chuyển động quay-làm cho bánh xe quay.
Hành động thứ tư: Xả khí. Van xả mở ra và piston di chuyển lên trên, đẩy khí thải đã qua sử dụng ra ngoài. Sau đó, van nạp mở lại và chu kỳ tiếp theo bắt đầu.
Trục khuỷu phải quay hết hai vòng để hoàn thành chu trình bốn{0}}hành trình này. Khi ô tô đang lái, bốn hành động này lặp lại hàng chục lần mỗi giây.
Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong bốn{0}}thì
II. Hai cơ chế chính: một cơ chế tạo ra năng lượng, cơ chế còn lại xử lý trao đổi khí
Cấu trúc của động cơ có thể được chia thành hai cơ chế chính và năm hệ thống chính.
Trước tiên chúng ta hãy xem xét hai cơ chế chính. Đầu tiên là **cơ cấu thanh kết nối tay quay**. Nhiệm vụ của nó có thể được tóm tắt trong một câu: chuyển chuyển động tuyến tính lên{3}}và-xuống của pít-tông thành chuyển động quay của trục khuỷu. Khi piston di chuyển lên xuống trong xi lanh, nó đẩy trục khuỷu quay qua thanh nối; khi trục khuỷu quay, công suất được truyền ra bên ngoài. Cơ cấu này bao gồm các bộ phận như piston, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà. Bánh đà còn phục vụ thêm một mục đích nữa là lưu trữ năng lượng để đảm bảo động cơ vận hành êm ái hơn.
Thứ hai là **bộ truyền động van** (hoặc bộ truyền động van). Chức năng của nó là điều khiển thời gian mở và điều khiển van nạp và xả. Mở cửa quá sớm hoặc quá muộn đều có vấn đề; thời điểm van phải được đồng bộ hoàn hảo với chuyển động của piston. Thành phần cốt lõi của hệ thống van là **trục cam**. Trục cam giống như một chốt lăn được đính nhiều thùy "hình quả đào"; khi nó quay, các thùy này sẽ đẩy vào các van, khiến chúng mở ra.
Có hai loại cấu hình trục cam:
Một là **Trục cam đơn trên cao (SOHC)**, trong đó một trục cam duy nhất điều khiển cả van nạp và van xả. Thiết kế này đơn giản, dễ bảo trì và tiết kiệm chi phí-, mang lại mô-men xoắn tốt ở tốc độ động cơ thấp. Tuy nhiên, ở tốc độ cao, quá trình nạp và xả có thể gặp khó khăn để theo kịp.
Loại còn lại là **Trục cam đôi trên cao (DOHC)**, trong đó các trục cam riêng biệt điều khiển van nạp và van xả. Công nghệ này tiên tiến hơn, giúp cung cấp năng lượng mượt mà hơn và hiệu suất-tốc độ cao vượt trội. Phần lớn các xe ô tô gia đình hiện đại đều sử dụng hệ thống DOHC.
Khái niệm cơ bản về động cơ ô tô: Cái nhìn kỹ thuật về DOHC – Yiche
III. Năm hệ thống chính, mỗi hệ thống có vai trò riêng
Chỉ hai cơ chế thôi là không đủ; để một động cơ hoạt động chính xác, nó phụ thuộc vào năm hệ thống chính hoạt động đồng bộ.
**Hệ thống cung cấp nhiên liệu** có nhiệm vụ trộn xăng và không khí theo đúng tỷ lệ và đưa hỗn hợp vào xi lanh. Lượng nhiên liệu phun vào và không khí hòa trộn chính xác được tính toán dựa trên độ sâu của bàn đạp ga.
**Hệ thống đánh lửa** chịu trách nhiệm đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí vào thời điểm chính xác. Thành phần cốt lõi của nó là bugi đánh lửa và cuộn dây đánh lửa. Cuộn dây đánh lửa biến đổi nguồn điện 12-vôn của xe thành điện áp-cao áp (vượt quá 20.000 vôn), mà bugi sử dụng để tạo ra tia lửa đốt cháy hỗn hợp bên trong xi-lanh. Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ cung cấp dầu động cơ cho tất cả các bộ phận chuyển động bên trong động cơ. Nhiều thành phần động cơ{10}}chẳng hạn như bề mặt tiếp xúc giữa trục khuỷu và vòng bi hoặc giữa pít-tông và thành xi-lanh-hoạt động ở tốc độ cao với khoảng hở cực kỳ chặt chẽ; nếu không có dầu bôi trơn, chúng sẽ bị mòn và hỏng trong vòng vài phút. Bơm dầu hút dầu từ bể chứa dầu và đưa nó dưới áp suất đến các điểm khác nhau cần bôi trơn.
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ hạ nhiệt độ của động cơ. Động cơ tạo ra lượng nhiệt rất lớn trong quá trình vận hành-nhiệt độ bên trong xi lanh có thể đạt tới 2.200 đến 2.800 K trong quá trình cấp điện. Nếu không làm mát, các thành phần kim loại sẽ biến dạng hoặc tan chảy. Hệ thống làm mát sử dụng máy bơm nước để tuần hoàn chất làm mát giữa động cơ và bộ tản nhiệt, mang đi và tản nhiệt.
Hệ thống khởi động có nhiệm vụ “đánh thức” động cơ đang đứng yên. Khi bạn vặn chìa khóa hoặc nhấn nút khởi động, động cơ khởi động sẽ dẫn động bánh đà quay trục khuỷu và làm cho các pít-tông chuyển động, cho phép hoàn thành chu trình nạp, nén, công suất và xả ban đầu. Khi điều này xảy ra, động cơ có thể tiếp tục tự chạy.
Năm hệ thống chính của động cơ là gì? - Hữu Gia
IV. Ba cách bố trí xi lanh, mỗi cách bố trí đều có đặc điểm riêng
Việc bố trí các xi lanh của động cơ là một vấn đề cần cân nhắc trong thiết kế cụ thể.
Tri ân N52: Động cơ 6 xi-lanh thẳng hàng hút khí tự nhiên tốt nhất thế giới! _ Chejiahao _ Khám phá đời sống ô tô _ Autohome
Loại phổ biến nhất là động cơ nội tuyến, trong đó tất cả các xi lanh được sắp xếp theo một đường thẳng. Nó có cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và dễ bảo trì. Hầu hết ô tô gia đình có động cơ dưới 2,5 lít đều sử dụng cấu hình-bốn thẳng hàng. Động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng của BMW là một ngoại lệ đáng chú ý, thể hiện một thiết kế rất tinh tế.
Cùng dòng, kiểu chữ V hoặc đối diện theo chiều ngang: cách bố trí xi lanh động cơ nào là tốt nhất? _ Yiche
Loại thứ hai là động cơ loại V{0}}, trong đó các xi lanh được chia thành hai dãy sắp xếp theo hình chữ V-. Cách bố trí này thường được sử dụng cho động cơ có nhiều hơn sáu xi-lanh. Ưu điểm của nó bao gồm hình dáng ngắn hơn và thấp hơn, giúp dễ dàng đóng gói trong khoang động cơ hơn; Ngoài ra, các dãy xi lanh đối diện giúp loại bỏ một số rung động. Nhược điểm là cấu trúc phức tạp và bảo trì khó khăn hơn.
Các loại sắp xếp xi lanh là gì? _ Động cơ _ Thông số kỹ thuật chi tiết _ Bách khoa toàn thư về ô tô _ Autohome
Loại thứ ba là công cụ loại W, có thể được hình dung dưới dạng hai cấu hình V-nhỏ hơn được nối với nhau để tạo thành hình chữ V-lớn hơn. Động cơ ngắn hơn và rộng hơn nhưng cấu trúc của nó cực kỳ phức tạp; nó thường được tìm thấy trong các phương tiện-hiệu suất cao. W12 của Volkswagen và W16 của Bugatti là những ví dụ điển hình.
Động cơ đối lập theo chiều ngang (Động cơ Boxer) – Bách khoa toàn thư ô tô Thái Bình Dương
Ngoài ra còn có động cơ đối diện theo chiều ngang-hoặc động cơ "boxer"-trong đó các xi-lanh nằm phẳng, tạo thành một góc 180 độ. Trọng tâm thấp và khả năng xử lý bố cục đối xứng. Tuy nhiên, công nghệ này rất khó thực hiện và hiện nó được Porsche và Subaru sử dụng chủ yếu.
V. Hơn Một Thế Kỷ Công Nghệ Dành Cho Một Mục Tiêu
Hơn một thế kỷ đã trôi qua kể từ khi động cơ xăng đầu tiên ra đời vào năm 1886.
Trong suốt thời gian này, các kỹ sư đã cố gắng tăng sản lượng điện, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng khí thải. Tỷ lệ nén đã tăng từ dưới 5 trong những ngày đầu lên hơn 10-hoặc thậm chí cao hơn-ngày nay. Hệ thống van đã phát triển từ trục cam-gắn bên hông thành trục cam trên cao, tiến triển từ SOHC sang DOHC. Hệ thống cung cấp nhiên liệu đã phát triển từ bộ chế hòa khí sang phun nhiên liệu điện tử và cuối cùng là phun trực tiếp. Hệ thống đánh lửa đã phát triển từ loại điểm tiếp xúc sang hệ thống điện tử và bây giờ là điều khiển máy tính chính xác.
Tuy nhiên, logic cơ bản chưa bao giờ thay đổi: chuyển đổi năng lượng hóa học của xăng thành năng lượng nhiệt, sau đó chuyển hóa năng lượng nhiệt đó thành năng lượng cơ học. Bốn nét, hai cơ chế chính và năm hệ thống chính-khung này vẫn không đổi trong hơn một thế kỷ.
Mỗi tia lửa điện từ bugi đều gây ra một vụ nổ nhỏ. Mỗi hành trình đi xuống của piston thể hiện một sự chuyển đổi năng lượng. Mỗi vòng quay của trục khuỷu đều mang lại công suất.
Chính sự phối hợp cơ khí cực kỳ chính xác này đã cho phép các phương tiện-chạy bằng xăng chạy được.
