Gearhead 101: begrijpen hoe de motor van uw auto werkt

{h1}


Ik ben nooit een automan geweest. Ik had gewoon geen interesse om onder de motorkap te werken om erachter te komen hoe mijn auto werkt. Behalve voor mijn luchtfilters vervangen of olie verversen zo nu en dan, als ik ooit een probleem had met mijn auto, nam ik het gewoon mee naar de monteur en toen hij naar buiten kwam om uit te leggen wat er aan de hand was, knikte ik beleefd en deed alsof ik wist waarover hij het had.

Maar de laatste tijd heb ik de kriebel om de basisprincipes van hoe auto's werken echt te leren. Ik ben niet van plan om een ​​volle aap te worden, maar ik wil een basiskennis hebben van hoe alles in mijn auto het echt laat rijden. Met deze kennis kan ik op zijn minst een idee hebben van waar de monteur het over heeft de volgende keer dat ik mijn auto in gebruik neem. Bovendien lijkt het mij dat een man de grondbeginselen van de technologie die hij gebruikt moet kunnen begrijpen elke dag. Als het op deze website aankomt, weet ik hoe codering en SEO werken; het is tijd voor mij om de meer concrete dingen in mijn wereld te onderzoeken, zoals wat er onder de motorkap van mijn auto zit.


Ik denk dat er andere volwassen mannen zijn die net als ik zijn - mannen die geen autoliefhebbers zijn, maar een beetje nieuwsgierig zijn naar hoe hun voertuigen werken. Dus ik ben van plan om te delen wat ik leer in mijn eigen studie en te knutselen in een incidentele serie die we Gearhead 101 zullen noemen. Het doel is om de basisprincipes uit te leggen van hoe verschillende onderdelen in een auto werken en om bronnen te verstrekken over waar je kunt leer zelf meer.

Dus zonder verder oponthoud beginnen we aan onze eerste klasse van Gearhead 101 door de ins en outs van het hart van een auto uit te leggen: de verbrandingsmotor.


De interne verbrandingsmotor

Een interne verbrandingsmotor wordt een 'interne verbrandingsmotor' genoemd omdat brandstof en lucht verbranden binnen de motor om de energie te creëren om de zuigers te bewegen, die op hun beurt de auto bewegen (we zullen u hieronder in detail laten zien hoe dat gebeurt).



Vergelijk dat eens met een externe verbrandingsmotor, waar brandstof wordt verbrand buiten de motor en de energie die uit die verbranding ontstaat, is wat hem aandrijft. Stoommachines zijn hier het beste voorbeeld van. Steenkool wordt buiten de motor verbrand, waardoor water wordt verwarmd om stoom te produceren, die vervolgens de motor aandrijft.


De meeste mensen denken dat in de wereld van gemechaniseerde beweging, door stoom aangedreven externe verbrandingsmotoren vóór de interne verbrandingsvariant kwamen. De realiteit is dat de verbrandingsmotor op de eerste plaats kwam. (Ja, de oude Grieken rommelden met stoommachines, maar er kwam niets praktisch uit hun experimenten.)

In de 16th eeuw, creëerden uitvinders een vorm van interne verbrandingsmotor met buskruit als brandstof om de beweging van de zuigers aan te drijven. Eigenlijk was het niet het buskruit dat hen bewoog. De manier waarop deze vroege verbrandingsmotor werkte, was dat je een zuiger helemaal tot aan de bovenkant van een cilinder propte en dan buskruit onder de zuiger ontstak. Na de explosie zou zich een vacuüm vormen en de zuiger door de cilinder zuigen. Omdat deze motor afhankelijk was van de veranderingen in luchtdruk om de zuiger te bewegen, noemden ze het de atmosferische motor. Het was niet erg efficiënt. Bij de 17th eeuw, lieten stoommachines veel belofte zien, dus de verbrandingsmotor werd verlaten.


Pas in 1860 zou een betrouwbare, werkende verbrandingsmotor worden uitgevonden. Een Belg met de naam Jean Joseph Etienne Lenoir patenteerde een motor die aardgas in een cilinder injecteerde, die vervolgens werd ontstoken door een permanente vlam nabij de cilinder. Het werkte op dezelfde manier als de atmosferische buskruitmotor, maar niet al te efficiënt.

Voortbouwend op dat werk, richtten twee Duitse ingenieurs, Nicolaus August Otto en Eugen Langen, in 1864 een bedrijf op dat motoren maakte die vergelijkbaar waren met het model van Lenoir. Otto stopte met het leiden van het bedrijf en begon te werken aan een motorontwerp waar hij al sinds 1861 mee speelde. Zijn ontwerp leidde tot wat we nu kennen als de viertaktmotor, en het basisontwerp wordt nog steeds in auto's gebruikt.


De anatomie van een automotor

Motoronderdelen diagram v-8 illustratie.

Een V-6-motor

Ik zal je straks laten zien hoe de viertaktmotor hier werkt, maar voordat ik dat deed, dacht ik dat het nuttig zou zijn om de verschillende onderdelen van een motor te doorlopen, zodat je een idee hebt van wat wat doet in de viertaktproces. In deze uitleg staat terminologie die op andere termen in de lijst is gebaseerd, dus maak je geen zorgen als je in het begin in de war raakt. Lees het hele ding door om een ​​algemeen begrip te krijgen, en lees het dan nog een keer zodat je een basiskennis hebt van elk stuk waar het over gaat.


Motorblok (cilinderblok)

Het motorblok is het fundament van een motor. De meeste motorblokken zijn gegoten uit een aluminiumlegering, maar sommige fabrikanten gebruiken nog steeds ijzer. Het motorblok wordt ook wel het cilinderblok genoemd vanwege het grote gat of de buizen die cilinders worden genoemd en die in de geïntegreerde structuur zijn gegoten. De cilinder is waar de zuigers van de motor op en neer glijden. Hoe meer cilinders een motor heeft, hoe krachtiger hij is. Naast de cilinders zijn er andere leidingen en doorgangen in het blok ingebouwd waardoor olie en koelvloeistof naar verschillende delen van de motor kunnen stromen.

Waarom wordt een motor een 'V6' of 'V8' genoemd?

Grote vraag! Het heeft te maken met de vorm en het aantal cilinders dat een motor heeft. Bij viercilindermotoren zijn de cilinders meestal in een rechte lijn boven de krukas gemonteerd. Deze motorlay-out wordt een lijnmotor.

Een andere viercilinderindeling wordt de 'platte vier' genoemd. Hier worden de cilinders horizontaal in twee banken gelegd, met de krukas in het midden.

Wanneer een motor meer dan vier cilinders heeft, worden ze verdeeld in twee cilinderbanken - drie cilinders (of meer) per zijde. Door de verdeling van cilinders in twee banken ziet de motor eruit als een 'V.' Een V-vormige motor met zes cilinders = V6-motor. Een V-vormige motor met acht cilinders = V8 - vier in elke cilinderbank.

Verbrandingskamer

De verbrandingskamer in een motor is waar de magie gebeurt. Het is waar brandstof, lucht, druk en elektriciteit samenkomen om de kleine explosie te creëren die de zuigers van de auto op en neer beweegt, waardoor de kracht ontstaat om het voertuig te verplaatsen. De verbrandingskamer bestaat uit de cilinder, zuiger en cilinderkop. De cilinder fungeert als de wand van de verbrandingskamer, de bovenkant van de zuiger als vloer van de verbrandingskamer en de cilinderkop dient als het plafond van de verbrandingskamer.

Cilinderkop

De cilinderkop is een stuk metaal dat over de cilinders van de motor zit. Er zijn kleine, ronde inkepingen in de cilinderkop gegoten om boven in de kamer ruimte te creëren voor verbranding. Een koppakking dicht de verbinding tussen de cilinderkop en het cilinderblok af. Inlaat- en uitlaatkleppen, bougies en brandstofinjectoren (deze onderdelen worden later uitgelegd) zijn ook op de cilinderkop gemonteerd.

Zuiger

Zuigers bewegen op en neer in de cilinder. Ze zien eruit als omgekeerde soepblikken. Wanneer brandstof in de verbrandingskamer ontbrandt, duwt de kracht de zuiger naar beneden, wat op zijn beurt de krukas beweegt (zie hieronder). De zuiger wordt aan de krukas bevestigd via een drijfstang, ook wel de drijfstang genoemd. Het is via een zuigerpen verbonden met de drijfstang en de drijfstang met de krukas via een drijfstanglager.

Aan de bovenkant van de zuiger vind je drie of vier groeven die in het metaal zijn gegoten. Binnen de groeven zuigerveren worden geplaatst. De zuigerveren zijn het onderdeel dat de wanden van de cilinder daadwerkelijk raakt. Ze zijn gemaakt van ijzer en zijn er in twee varianten: compressieringen en olieringen. De compressieringen zijn de bovenste ringen en ze drukken naar buiten op de wanden van de cilinder om een ​​sterke afdichting voor de verbrandingskamer te bieden. De olieveer is de onderste ring op een zuiger en voorkomt dat olie uit het carter in de verbrandingskamer sijpelt. Het veegt ook overtollige olie langs de cilinderwanden en terug in het carter.

Krukas

De krukas zet de op en neergaande beweging van de zuigers om in een draaiende beweging waardoor de auto kan bewegen. De krukas past meestal in de lengte in het motorblok nabij de onderkant. Het strekt zich uit van het ene uiteinde van het motorblok naar het andere. Aan de voorkant van het uiteinde van de motor is de krukas verbonden met rubberen riemen die op de nokkenas zijn aangesloten en die stroom leveren aan andere delen van de auto; aan de achterkant van de motor is de nokkenas verbonden met de aandrijflijn, die het vermogen naar de wielen overbrengt. Aan elk uiteinde van de krukas vindt u oliekeerringen of 'O-ringen' die voorkomen dat olie uit de motor lekt.

De krukas bevindt zich in wat het carter op een motor wordt genoemd. Het carter bevindt zich onder het cilinderblok. Het carter beschermt de krukas en drijfstangen tegen voorwerpen van buitenaf. Het gebied aan de onderkant van een carter wordt de oliecarter genoemd en dat is waar de olie van uw motor wordt opgeslagen. In het oliecarter vind je een oliepomp die olie door een filter pompt, en die olie wordt vervolgens op de krukas, drijfstanglagers en cilinderwanden gespoten om de beweging van de zuigerslag te smeren. De olie druppelt uiteindelijk terug in de oliecarter, om het proces opnieuw te beginnen

Langs de krukas vindt u balanslobben die als contragewichten dienen om de krukas in evenwicht te brengen en motorschade te voorkomen door het wiebelen dat optreedt wanneer de krukas draait.

Ook langs de krukas vind je de hoofdlagers. De hoofdlagers zorgen voor een glad oppervlak tussen de krukas en het motorblok zodat de krukas kan draaien.

Nokkenas

De nokkenas is het brein van de motor. Het werkt samen met de krukas via een distributieriem om ervoor te zorgen dat de inlaat- en uitlaatkleppen precies op het juiste moment openen en sluiten voor optimale motorprestaties. De nokkenas maakt gebruik van eivormige lobben die zich erover uitstrekken om de timing van het openen en sluiten van de kleppen te regelen.

De meeste nokkenassen lopen door het bovenste deel van het motorblok, direct boven de krukas. Bij lijnmotoren bedient een enkele nokkenas zowel de inlaat- als de uitlaatkleppen. Bij V-vormige motoren worden twee afzonderlijke nokkenassen gebruikt. De ene bedient de kleppen aan de ene kant van de V en de andere bedient de kleppen aan de andere kant. Sommige V-vormige motoren (zoals die in onze illustratie) hebben zelfs twee nokkenassen per cilinderbank. Een nokkenas bedient de ene kant van de kleppen en de andere nokkenas bedient de andere kant.

Timingsysteem

Zoals hierboven vermeld, coördineren de nokkenas en krukas hun beweging via een distributieriem of ketting. De distributieketting houdt de krukas en nokkenas te allen tijde in dezelfde relatieve positie ten opzichte van elkaar tijdens de werking van de motor. Als de nokkenas en krukas om wat voor reden dan ook niet synchroon lopen (de distributieketting slaat bijvoorbeeld een tandwiel over), werkt de motor niet.

Valvetrain

De valvetrain is het mechanische systeem dat op de cilinderkop is gemonteerd en die de werking van de kleppen regelt. De kleppentrein bestaat uit kleppen, tuimelaars, stuurstangen en lifters.

Kleppen

Er zijn twee soorten kleppen: inlaatkleppen en uitlaatkleppen. Inlaatkleppen brengen een mengsel van lucht en brandstof in de verbrandingskamer om de verbranding te creëren om de motor aan te drijven. Uitlaatkleppen laten de uitlaatgassen die ontstaan ​​na de verbranding uit de verbrandingskamer.

Auto's hebben doorgaans één inlaatklep en één uitlaatklep per cilinder. De meeste goed presterende auto's (Jaguars, Maserati's, enz.) Hebben vier kleppen per cilinder (twee inlaten, twee uitlaten). Hoewel Honda niet wordt beschouwd als een merk met hoge prestaties, gebruikt het ook vier kleppen per cilinder op hun voertuigen. Er zijn zelfs motoren met drie kleppen per cilinder - twee inlaatkleppen, één uitlaatklep. Meerklepsystemen laten de auto beter 'ademen', wat op zijn beurt de motorprestaties verbetert.

Tuimelaars

Tuimelaars zijn kleine hendels die de lobben of nokken op de nokkenas raken. Wanneer een lob het ene uiteinde van de tuimelschakelaar optilt, drukt het andere uiteinde van de tuimelaar de klepsteel omlaag, waardoor de klep wordt geopend om lucht in de verbrandingskamer te laten of uitlaatgassen. Het werkt als een soort wip.

Pushrods / Lifters

Soms raken nokkenaslobben de tuimelaar rechtstreeks (zoals je ziet bij motoren met bovenliggende nokkenas), waardoor de klep wordt geopend en gesloten. Bij motoren met kopkleppen komen de nokkenaslobben niet in direct contact met de tuimelaars, dus worden duwstangen of klepstoters gebruikt.

Brandstof injectoren

Om de verbranding te creëren die nodig is om de zuigers te laten bewegen, hebben we brandstof in de cilinders nodig. Vóór de jaren tachtig gebruikten auto's carburateurs om de verbrandingskamer van brandstof te voorzien. Tegenwoordig gebruiken alle auto's een van de drie brandstofinjectiesystemen: directe brandstofinjectie, geporteerde brandstofinjectie of gasklephuisbrandstofinjectie.

Bij directe brandstofinspuiting krijgt elke cilinder zijn eigen injector, die op het juiste moment brandstof rechtstreeks in de verbrandingskamer spuit om te verbranden.

Met gepoorte brandstofinjectie, in plaats van de brandstof rechtstreeks in de cilinder te spuiten, spuit deze in het inlaatspruitstuk net buiten de klep. Wanneer de klep opengaat, komen lucht en brandstof de verbrandingskamer binnen.

Gasklephuis brandstofinjectiesystemen werken zoals carburateurs, maar zonder de carburateur. In plaats van dat elke cilinder zijn eigen brandstofinjector krijgt, is er maar één brandstofinjector die naar een gasklephuis gaat. De brandstof vermengt zich met lucht in het gasklephuis en wordt vervolgens via de inlaatkleppen naar de cilinders verspreid.

Bougie

Boven elke cilinder zit een bougie. Wanneer het vonkt, ontsteekt het de samengeperste brandstof en lucht, waardoor de mini-explosie ontstaat die de zuiger naar beneden duwt.

De viertaktcyclus Viertaktmotor diagram illustratie.

Dus nu we alle basisonderdelen van de motor kennen, gaan we eens kijken naar de beweging die onze auto daadwerkelijk doet bewegen: de viertaktcyclus.

De bovenstaande afbeelding toont de viertaktcyclus in een enkele cilinder. Dit gebeurt ook in de andere cilinders. Herhaal deze cyclus duizend keer in een minuut en je krijgt een auto die beweegt.

Nou, daar ga je. De basis van hoe een automotor werkt. Kijk vandaag nog eens onder de motorkap van uw auto en kijk of u de onderdelen kunt aanwijzen die we hebben besproken. Bekijk het boek voor meer informatie over hoe een auto werkt Hoe auto's werken. Het heeft me veel geholpen bij mijn onderzoek. De auteur doet geweldig werk door dingen op te splitsen in taal die zelfs de totale beginner kan begrijpen.