Jag har aldrig varit en bilkille. Jag var helt enkelt inte intresserad av att arbeta runt under huven för att ta reda på hur min bil fungerar. Förutom att byta ut mina luftfilter eller byta olja då och då, om jag någonsin hade problem med min bil, skulle jag bara ta in den till mekanikern och när han kom ut för att förklara vad som var fel, nickade jag artigt och låtsades som om jag visste vad han pratade om.
Men på sistone har jag haft lust att faktiskt lära mig grunderna i hur bilar fungerar. Jag planerar inte att bli en full-on grease monkey, men jag vill ha en grundläggande förståelse för hur allt i min bil faktiskt får det att gå. Denna kunskap kommer åtminstone att göra det möjligt för mig att ha en aning om vad mekanikern pratar om nästa gång jag tar in min bil. Dessutom förefaller det mig som att en man borde kunna förstå grunderna i den teknik han använder varje dag. När det kommer till den här webbplatsen vet jag om hur kodning och SEO fungerar; det är dags för mig att undersöka de mer konkreta sakerna i min värld, som vad som finns under motorhuven på min bil.
Jag tror att det finns andra vuxna män där ute som är som jag - män som inte är bilkillar men som är lite nyfikna på hur deras fordon fungerar. Så jag planerar att dela med mig av det jag lär mig i min egen studie och mixtra i en enstaka serie som vi kallar Gearhead 101. Målet är att förklara grunderna för hur olika delar i en bil fungerar och ge resurser om var du kan lär dig mer på egen hand.
Så utan vidare, vi börjar vår första klass av Gearhead 101 med att förklara detaljerna i hjärtat av en bil:förbränningsmotorn.
En förbränningsmotor kallas en "förbränningsmotor" eftersom bränsle och luft förbränns inuti motorn för att skapa energin för att flytta kolvarna, som i sin tur flyttar bilen (vi visar dig hur det går till i detalj nedan).
Jämför det med en extern förbränningsmotor, där bränsle förbränns utanför motorn och energin som skapas från den förbränningen är det som driver den. Ångmaskiner är det bästa exemplet på detta. Kol förbränns utanför motorn, som värmer vatten för att producera ånga, som sedan driver motorn.
De flesta tror att i världen av mekaniserad rörelse kom ångdrivna externa förbränningsmotorer före förbränningsvarianten. Verkligheten är att förbränningsmotorn kom först. (Ja, de gamla grekerna busade med ångdrivna motorer, men inget praktiskt kom från deras experiment.)
Den 16 e århundradet skapade uppfinnare en form av förbränningsmotor med krut som bränsle för att driva kolvarnas rörelse. Egentligen var det inte krutet som rörde dem. Sättet som denna tidiga förbränningsmotor fungerade var att du stoppade en kolv hela vägen till toppen av en cylinder och sedan tände krutet under kolven. Ett vakuum skulle bildas efter explosionen och suga ner kolven i cylindern. Eftersom denna motor förlitade sig på förändringarna i lufttrycket för att flytta kolven, kallade de den den atmosfäriska motorn. Det var inte särskilt effektivt. Senast den 17 e århundradet visade ångmaskiner mycket lovande, så förbränningsmotorn övergavs.
Det skulle dröja förrän 1860 som en pålitlig, fungerande förbränningsmotor skulle uppfinnas. En belgisk karl vid namn Jean Joseph Etienne Lenoir patenterade en motor som sprutade in naturgas i en cylinder, som sedan antändes av en permanent låga nära cylindern. Den fungerade på samma sätt som den atmosfäriska krutmotorn, men inte för effektivt.
Byggande på det arbetet grundade två tyska ingenjörer vid namn Nicolaus August Otto och Eugen Langen 1864 ett företag som tillverkade motorer som liknade Lenoirs modell. Otto gav upp ledningen av företaget och började arbeta med en motorkonstruktion som han lekt med sedan 1861. Hans design ledde till vad vi idag känner som fyrtaktsmotorn och grundkonstruktionen används än idag i bilar.
En V-6-motor
Jag ska visa dig hur fyrtaktsmotorn fungerar här om ett tag, men innan jag gör det tänkte jag att det skulle vara bra att gå igenom de olika delarna av en motor så att du får en uppfattning om vad som gör vad i fyrtaktsprocess. Det finns terminologi i dessa förklaringar som förlitar sig på andra termer i listan, så oroa dig inte om du först blir förvirrad. Läs igenom det hela för att få ett övergripande grepp och läs det sedan igen så att du har en grundläggande förståelse för varje del som det pratas om.
Motorblock (cylinderblock)
Motorblocket är grunden för en motor. De flesta motorblock är gjutna av en aluminiumlegering, men järn används fortfarande av vissa tillverkare. Motorblocket kallas också för cylinderblocket på grund av det stora hålet eller rören som kallas cylindrar som är ingjutna i den integrerade strukturen. Cylindern är där motorns kolvar glider upp och ner. Ju fler cylindrar en motor har desto kraftfullare är den. Förutom cylindrarna är andra kanaler och passager inbyggda i blocket som gör att olja och kylvätska kan flöda till olika delar av motorn.
Varför kallas en motor "V6" eller "V8"?
Bra fråga! Det har att göra med formen och antalet cylindrar en motor har. I fyrcylindriga motorer är cylindrarna vanligtvis monterade i en rak linje ovanför vevaxeln. Denna motorlayout kallas en inline-motor .
En annan fyrcylindrig layout kallas den "platta fyran". Här läggs cylindrarna horisontellt i två banker, med vevaxeln nedåt i mitten.
När en motor har mer än fyra cylindrar är de uppdelade i två cylinderbanker - tre cylindrar (eller fler) per sida. Uppdelningen av cylindrar i två banker gör att motorn ser ut som ett "V". En V-formad motor med sex cylindrar =V6-motor. En V-formad motor med åtta cylindrar =V8 — fyra i varje cylinderbank.
Förbränningskammare
Förbränningskammaren i en motor är där magin händer. Det är där bränsle, luft, tryck och elektricitet samlas för att skapa den lilla explosionen som flyttar bilens kolvar upp och ner, vilket skapar kraften att flytta fordonet. Förbränningskammaren består av cylindern, kolven och cylinderhuvudet. Cylindern fungerar som förbränningskammarens vägg, kolvens överdel fungerar som golvet i förbränningskammaren och cylinderhuvudet fungerar som förbränningskammarens tak.
Cylinderhuvud
Topplocket är ett stycke metall som sitter över motorns cylindrar. Det finns små, rundade fördjupningar ingjutna i cylinderhuvudet för att skapa utrymme i toppen av kammaren för förbränning. En topplockspackning tätar skarven mellan cylinderhuvudet och cylinderblocket. Insugs- och utloppsventiler, tändstift och bränsleinsprutare (dessa delar förklaras senare) är också monterade på cylinderhuvudet.
Pistong
Kolvarna rör sig upp och ner i cylindern. De ser ut som uppochnervända soppburkar. När bränslet antänds i förbränningskammaren trycker kraften kolven nedåt, vilket i sin tur flyttar vevaxeln (se nedan). Kolven fäster vid vevaxeln via en vevstake, aka vevstången. Den ansluts till vevstaken via en kolvtapp, och vevstaken ansluter till vevaxeln via ett vevstakeslager.
På toppen av kolven hittar du tre eller fyra spår gjutna i metallen. Inuti spåren kolvringar Kolvringarna är den del som faktiskt vidrör cylinderns väggar. De är gjorda av järn och finns i två varianter:kompressionsringar och oljeringar. Kompressionsringarna är toppringarna och de pressar utåt på cylinderns väggar för att ge en stark tätning för förbränningskammaren. Oljeringen är bottenringen på en kolv och den hindrar olja från vevhuset från att sippra in i förbränningskammaren. Den torkar också överflödig olja ner genom cylinderväggarna och tillbaka in i vevhuset.
Vevaxel
Vevaxeln är det som omvandlar kolvarnas upp- och nedrörelser till en rotationsrörelse som gör att bilen kan röra sig. Vevaxeln passar vanligtvis på längden i motorblocket nära botten. Den sträcker sig från ena änden av motorblocket till den andra. Framtill på motorns ände ansluter vevaxeln till gummiremmar som ansluter till kamaxeln och levererar kraft till andra delar av bilen; på baksidan av motorn ansluter kamaxeln till drivlinan, som överför kraften till hjulen. I varje ände av vevaxeln hittar du oljetätningar, eller "O-ringar", som förhindrar olja från att läcka ut ur motorn.
Vevaxeln finns i det som kallas vevhuset på en motor. Vevhuset är placerat under cylinderblocket. Vevhuset skyddar vevaxeln och vevstakar från yttre föremål. Området i botten av ett vevhus kallas oljetråget och det är där din motors olja lagras. Inuti oljetråget hittar du en oljepump som pumpar olja genom ett filter, och sedan sprutas den oljan på vevaxeln, vevstångens lager och cylinderväggarna för att ge smörjning till kolvslagets rörelse. Oljan droppar så småningom tillbaka ner i oljetråget, bara för att börja processen igen
Längs vevaxeln hittar du balanseringslober som fungerar som motvikter för att balansera vevaxeln och förhindra motorskador från den vinkling som uppstår när vevaxeln snurrar.
Även längs vevaxeln hittar du huvudlagren. Huvudlagren ger en jämn yta mellan vevaxeln och motorblocket så att vevaxeln kan snurra.
Kamaxel
Kamaxeln är hjärnan i motorn. Den fungerar tillsammans med vevaxeln via en kamrem för att säkerställa att insugnings- och utloppsventilerna öppnar och stänger vid precis rätt tidpunkt för optimal motorprestanda. Kamaxeln använder äggformade lober som sträcker sig över den för att kontrollera tidpunkten för öppning och stängning av ventilerna.
De flesta kamaxlar sträcker sig genom den övre delen av motorblocket, direkt ovanför vevaxeln. På inlinemotorer styr en enda kamaxel både insugnings- och utloppsventilerna. På V-formade motorer används två separata kamaxlar. Den ena styr ventilerna på ena sidan av V:n och den andra styr ventilerna på den motsatta sidan. Vissa V-formade motorer (som den i vår illustration) kommer till och med att ha två kamaxlar per cylinderbank. En kamaxel styr ena sidan av ventilerna och den andra kamaxeln styr den andra sidan.
Tidsystem
Som nämnts ovan koordinerar kamaxeln och vevaxeln sin rörelse via en kamrem eller kedja. Kamaxeln håller vevaxeln och kamaxeln i samma relativa läge till varandra hela tiden under motorns drift. Om kamaxeln och vevaxeln blir osynkroniserade av någon anledning (till exempel kamkedjan hoppar över en kugghjul), fungerar inte motorn.
Valvetrain
Ventilen är det mekaniska systemet som är monterat på cylinderhuvudet som styr ventilernas funktion. Ventiltåget består av ventiler, vipparmar, stötstänger och lyftare.
Ventiler
Det finns två typer av ventiler:inloppsventiler och utloppsventiler. Inloppsventiler för en blandning av luft och bränsle in i förbränningskammaren för att skapa förbränningen för att driva motorn. Utloppsventiler släpper ut avgaserna som skapas efter förbränningen ur förbränningskammaren.
Bilar har vanligtvis en insugningsventil och en utloppsventil per cylinder. De flesta högpresterande bilar (Jaguar, Maseratis, etc.) har fyra ventiler per cylinder (två intag, två uttag). Även om det inte anses vara ett "högpresterande" märke, använder Honda också fyra ventiler per cylinder på sina fordon. Det finns till och med motorer med tre ventiler per cylinder — två inloppsventiler, en utloppsventil. Flerventilssystem gör att bilen kan "andas" bättre, vilket i sin tur förbättrar motorns prestanda.
Rocker Arms
Vipparmar är små spakar som vidrör loberna, eller kammarna, på kamaxeln. När en lob lyfter ena änden av vippan, trycker den andra änden av vippen ner på ventilskaftet, öppnar ventilen för att släppa in luft i förbränningskammaren eller släppa ut avgaser. Det fungerar ungefär som en gungbräda.
Pushrods/Lifters
Ibland rör kamaxellober vipparmen direkt (som du ser med överliggande kamaxelmotorer), vilket öppnar och stänger ventilen. På motorer med överliggande ventiler kommer inte kamaxelloberna i direkt kontakt med vipparmarna, så stötstänger eller lyftare används.
Bränsleinsprutare
För att skapa den förbränning som behövs för att flytta kolvarna behöver vi bränsle i cylindrarna. Före 1980-talet använde bilar förgasare för att tillföra bränsle till förbränningskammaren. Idag använder alla bilar ett av tre bränsleinsprutningssystem:direkt bränsleinsprutning, portad bränsleinsprutning eller gasspjälls bränsleinsprutning.
Med direkt bränsleinsprutning får varje cylinder sin egen injektor, som sprutar bränsle direkt in i förbränningskammaren vid precis rätt tidpunkt för förbränning.
Med portad bränsleinsprutning, istället för att spruta bränslet direkt in i cylindern, sprutar det in i insugningsröret precis utanför ventilen. När ventilen öppnar kommer luft och bränsle in i förbränningskammaren.
Gasspjällets bränsleinsprutningssystem fungerar ungefär som förgasare gjorde, men utan förgasare. Istället för att varje cylinder får sin egen bränsleinsprutare, finns det bara en bränsleinsprutare som går till en gasspjäll. Bränslet blandas med luft i spjällhuset och sprids sedan till cylindrarna via insugningsventilerna.
Tändstift
Ovanför varje cylinder sitter ett tändstift. När det gnistor antänder det det komprimerade bränslet och luften, vilket orsakar miniexplosionen som trycker ner kolven.
Så nu när vi känner till alla de grundläggande delarna av motorn, låt oss ta en titt på rörelsen som faktiskt får vår bil att röra sig:fyrtaktscykeln.
Ovanstående illustration visar fyrtaktscykeln i en enda cylinder. Detta pågår i de andra cylindrarna också. Upprepa denna cykel tusen gånger på en minut och du får en bil som rör sig.
Nåväl, där går du. Grunderna i hur en bilmotor fungerar. Ta en titt under din bils huv idag och se om du kan peka ut de delar som vi diskuterade. Om du vill ha mer information om hur en bil fungerar, kolla in boken How Cars Work. Det har hjälpt mig mycket i min forskning. Författaren gör ett bra jobb med att bryta ner saker till språk som till och med nybörjare kan förstå.
