Non sono mai stato un tipo da auto. Semplicemente non avevo alcun interesse a lavorare sotto il cofano per capire come funziona la mia macchina. A parte la sostituzione dei filtri dell'aria o il cambio dell'olio di tanto in tanto, se mai avessi avuto un problema con la mia macchina, lo portavo dal meccanico e quando lui usciva per spiegarmi cosa non andava, annuivo educatamente e fingevo come se sapessi di cosa stava parlando.
Ma ultimamente ho avuto il prurito di imparare davvero le basi di come funzionano le auto. Non ho intenzione di diventare una scimmia piena di grasso, ma voglio avere una conoscenza di base di come tutto ciò che nella mia macchina fa effettivamente andare. Come minimo, questa conoscenza mi consentirà di avere un'idea di cosa sta parlando il meccanico la prossima volta che porto la mia auto. Inoltre mi sembra che un uomo dovrebbe essere in grado di cogliere i fondamenti della tecnologia che usa ogni giorno. Quando si tratta di questo sito Web, so come funzionano la codifica e la SEO; è ora che esamini le cose più concrete del mio mondo, come quello che c'è sotto il cofano della mia macchina.
Immagino che ci siano altri uomini adulti là fuori che sono come me, uomini che non sono uomini di macchina ma sono un po' curiosi di sapere come funzionano i loro veicoli. Quindi ho intenzione di condividere ciò che sto imparando nel mio studio e di armeggiare in una serie occasionale che chiameremo Gearhead 101. L'obiettivo è spiegare le basi stesse di come funzionano le varie parti di un'auto e fornire risorse su dove è possibile scopri di più da solo.
Quindi, senza ulteriori indugi, inizieremo la nostra prima classe di Gearhead 101 spiegando i dettagli del cuore di un'auto:il motore a combustione interna.
Un motore a combustione interna è chiamato "motore a combustione interna" perché il carburante e l'aria bruciano all'interno il motore per creare l'energia per muovere i pistoni, che a loro volta muovono l'auto (ti mostreremo come accade in dettaglio di seguito).
Confrontalo con un motore a combustione esterna, in cui il carburante viene bruciato all'esterno il motore e l'energia creata da quella combustione è ciò che lo alimenta. I motori a vapore ne sono il miglior esempio. Il carbone viene bruciato all'esterno del motore, che riscalda l'acqua per produrre vapore, che poi alimenta il motore.
La maggior parte della gente pensa che nel mondo del movimento meccanizzato, i motori a combustione esterna alimentati a vapore siano venuti prima della varietà a combustione interna. La realtà è che il motore a combustione interna è arrivato prima. (Sì, gli antichi greci giocavano con i motori a vapore, ma dai loro esperimenti non veniva fuori nulla di pratico.)
Nel 16 esimo secolo, gli inventori hanno creato una forma di motore a combustione interna utilizzando la polvere da sparo come carburante per alimentare il movimento dei pistoni. In realtà, non era la polvere da sparo a muoverli. Il modo in cui funzionava questo primo motore a combustione interna era riempire un pistone fino in cima a un cilindro e quindi accendere la polvere da sparo sotto il pistone. Dopo l'esplosione si formerebbe un vuoto che risucchierebbe il pistone lungo il cilindro. Poiché questo motore faceva affidamento sui cambiamenti della pressione dell'aria per muovere il pistone, lo chiamavano motore atmosferico. Non era molto efficiente. Entro il 17 esimo secolo, i motori a vapore stavano mostrando molte promesse, quindi il motore a combustione interna è stato abbandonato.
Non sarebbe stato fino al 1860 che sarebbe stato inventato un motore a combustione interna affidabile e funzionante. Un collega belga di nome Jean Joseph Etienne Lenoir brevettò un motore che iniettava gas naturale in un cilindro, che fu successivamente acceso da una fiamma permanente vicino al cilindro. Funzionava in modo simile al motore atmosferico a polvere da sparo, ma non in modo troppo efficiente.
Basandosi su quel lavoro, nel 1864 due ingegneri tedeschi di nome Nicolaus August Otto ed Eugen Langen fondarono un'azienda che produceva motori simili al modello di Lenoir. Otto rinunciò a gestire l'azienda e iniziò a lavorare su un progetto di motore con cui giocava dal 1861. Il suo progetto ha portato a quello che oggi conosciamo come il motore a quattro tempi e il design di base è ancora utilizzato nelle auto oggi.
Un motore V-6
Ti mostrerò come funziona il motore a quattro tempi qui tra un po', ma prima di farlo ho pensato che sarebbe stato utile esaminare le varie parti di un motore in modo da avere un'idea di cosa sta facendo cosa nel processo a quattro tempi. C'è una terminologia in tutte queste spiegazioni che si basa su altri termini nell'elenco, quindi non preoccuparti se all'inizio ti confondi. Leggi tutto per avere un'idea generale, quindi rileggilo di nuovo in modo da avere una comprensione di base di ogni pezzo di cui si parla.
Blocco motore (blocco cilindro)
Il blocco motore è la base di un motore. La maggior parte dei blocchi motore sono fusi da una lega di alluminio, ma il ferro è ancora utilizzato da alcuni produttori. Il blocco motore viene anche chiamato blocco cilindri a causa del grande foro o dei tubi chiamati cilindri che sono fusi nella struttura integrata. Il cilindro è dove i pistoni del motore scorrono su e giù. Più cilindri ha un motore, più è potente. Oltre ai cilindri, nel blocco sono integrati altri condotti e passaggi che consentono all'olio e al liquido di raffreddamento di fluire in diverse parti del motore.
Perché un motore si chiama "V6" o "V8"?
Ottima domanda! Ha a che fare con la forma e il numero di cilindri di un motore. Nei motori a quattro cilindri, i cilindri sono generalmente montati in linea retta sopra l'albero motore. Questo layout del motore è chiamato motore in linea .
Un altro layout a quattro cilindri è chiamato "quattro piatti". Qui i cilindri sono disposti orizzontalmente in due bancate, con l'albero a gomiti che scende al centro.
Quando un motore ha più di quattro cilindri, sono divisi in due bancate di cilindri:tre cilindri (o più) per lato. La divisione dei cilindri in due banchi fa sembrare il motore una "V". Un motore a V con sei cilindri =motore V6. Un motore a V con otto cilindri =V8 — quattro per bancata cilindri.
Camera di combustione
La camera di combustione di un motore è il luogo in cui avviene la magia. È qui che carburante, aria, pressione ed elettricità si uniscono per creare la piccola esplosione che muove i pistoni dell'auto su e giù, creando così la potenza per muovere il veicolo. La camera di combustione è composta da cilindro, pistone e testata. Il cilindro funge da parete della camera di combustione, la parte superiore del pistone funge da pavimento della camera di combustione e la testata funge da soffitto della camera di combustione.
Testa cilindro
La testata è un pezzo di metallo che si trova sopra i cilindri del motore. Ci sono piccole rientranze arrotondate nella testata del cilindro per creare spazio nella parte superiore della camera per la combustione. Una guarnizione della testata sigilla il giunto tra la testata e il blocco cilindri. Anche le valvole di aspirazione e scarico, le candele e gli iniettori del carburante (queste parti sono spiegate più avanti) sono montati sulla testata del cilindro.
Pistone
I pistoni si muovono su e giù per il cilindro. Sembrano lattine di zuppa capovolte. Quando il carburante si accende nella camera di combustione, la forza spinge il pistone verso il basso, che a sua volta muove l'albero a gomiti (vedi sotto). Il pistone si attacca all'albero motore tramite una biella, nota anche come biella. Si collega alla biella tramite uno spinotto del pistone e la biella si collega all'albero motore tramite un cuscinetto di biella.
Sulla parte superiore del pistone troverai tre o quattro scanalature fuse nel metallo. All'interno delle scanalature fasce elastiche vengono inseriti. Le fasce elastiche sono la parte che effettivamente tocca le pareti del cilindro. Sono realizzati in ferro e sono disponibili in due varietà:anelli di compressione e anelli dell'olio. Gli anelli di compressione sono gli anelli superiori e premono verso l'esterno sulle pareti del cilindro per fornire una forte tenuta per la camera di combustione. L'anello dell'olio è l'anello inferiore di un pistone e impedisce all'olio dal basamento di filtrare nella camera di combustione. Pulisce anche l'olio in eccesso lungo le pareti del cilindro e torna nel basamento.
Albero a gomiti
L'albero a gomiti è ciò che converte il movimento su e giù dei pistoni in un movimento rotatorio che consente all'auto di muoversi. L'albero a gomiti in genere si adatta longitudinalmente al blocco motore vicino al fondo. Si estende da un'estremità all'altra del blocco motore. Nella parte anteriore dell'estremità del motore, l'albero motore si collega a cinghie di gomma che si collegano all'albero a camme e fornisce potenza ad altre parti dell'auto; nella parte posteriore del motore, l'albero a camme si collega alla trasmissione, che trasferisce la potenza alle ruote. A ciascuna estremità dell'albero a gomiti troverai paraolio, o "O-ring", che impediscono all'olio di fuoriuscire dal motore.
L'albero a gomiti risiede in quello che viene chiamato il basamento su un motore. Il basamento si trova sotto il blocco cilindri. Il basamento protegge l'albero motore e le bielle da oggetti esterni. L'area nella parte inferiore di un basamento è chiamata coppa dell'olio ed è lì che viene immagazzinato l'olio del motore. All'interno della coppa dell'olio, troverai una pompa dell'olio che pompa l'olio attraverso un filtro, quindi quell'olio viene spruzzato sull'albero motore, sui cuscinetti di biella e sulle pareti del cilindro per fornire lubrificazione al movimento della corsa del pistone. L'olio alla fine gocciola di nuovo nella coppa dell'olio, solo per ricominciare il processo
Lungo l'albero a gomiti troverai dei lobi di bilanciamento che fungono da contrappesi per bilanciare l'albero a gomiti e prevenire danni al motore dovuti all'oscillazione che si verifica quando l'albero a gomiti gira.
Inoltre lungo l'albero motore troverai i cuscinetti di banco. I cuscinetti di banco forniscono una superficie liscia tra l'albero a gomiti e il blocco motore per la rotazione dell'albero a gomiti.
Albero a camme
L'albero a camme è il cervello del motore. Funziona in combinazione con l'albero motore tramite una cinghia di distribuzione per assicurarsi che le valvole di aspirazione e uscita si aprano e si chiudano al momento giusto per prestazioni del motore ottimali. L'albero a camme utilizza lobi a forma di uovo che si estendono attraverso di esso per controllare i tempi di apertura e chiusura delle valvole.
La maggior parte degli alberi a camme si estende attraverso la parte superiore del blocco motore, direttamente sopra l'albero motore. Sui motori in linea, un unico albero a camme controlla sia la valvola di aspirazione che quella di uscita. Sui motori a V vengono utilizzati due alberi a camme separati. Uno controlla le valvole su un lato della V e l'altro controlla le valvole sul lato opposto. Alcuni motori a V (come quello nella nostra illustrazione) avranno anche due alberi a camme per bancata. Un albero a camme controlla un lato delle valvole e l'altro albero a camme controlla l'altro lato.
Sistema di cronometraggio
Come accennato in precedenza, l'albero a camme e l'albero motore coordinano il loro movimento tramite una cinghia o una catena di distribuzione. La catena di distribuzione mantiene l'albero motore e l'albero a camme nella stessa posizione relativa in ogni momento durante il funzionamento del motore. Se l'albero a camme e l'albero a gomiti non sono sincronizzati per qualsiasi motivo (ad esempio, la catena di distribuzione salta un ingranaggio), il motore non funzionerà.
Gruppo valvole
Il valvetrain è il sistema meccanico montato sulla testata che controlla il funzionamento delle valvole. Il treno di valvole è composto da valvole, bilancieri, aste di spinta e sollevatori.
Valvole
Esistono due tipi di valvole:valvole di aspirazione e valvole di uscita. Le valvole di aspirazione portano una miscela di aria e carburante nella camera di combustione per creare la combustione per alimentare il motore. Le valvole di uscita lasciano uscire dalla camera di combustione lo scarico che si forma dopo la combustione.
Le auto in genere hanno una valvola di aspirazione e una valvola di uscita per cilindro. La maggior parte delle auto ad alte prestazioni (Jaguar, Maserati, ecc.) ha quattro valvole per cilindro (due di aspirazione, due di uscita). Sebbene non sia considerato un marchio "ad alte prestazioni", Honda utilizza anche quattro valvole per cilindro sui propri veicoli. Ci sono anche motori con tre valvole per cilindro:due valvole di aspirazione, una valvola di uscita. I sistemi multivalvole consentono all'auto di "respirare" meglio, il che a sua volta migliora le prestazioni del motore.
Bilancieri
I bilancieri sono piccole leve che toccano i lobi, o camme, sull'albero a camme. Quando un lobo solleva un'estremità del bilanciere, l'altra estremità del bilanciere preme sullo stelo della valvola, aprendo la valvola per far entrare l'aria nella camera di combustione o facendo uscire lo scarico. Funziona come un'altalena.
Pulsanti/sollevatori
A volte i lobi dell'albero a camme toccano direttamente il bilanciere (come si vede con i motori con albero a camme in testa), aprendo e chiudendo così la valvola. Sui motori a valvole in testa, i lobi dell'albero a camme non entrano in contatto diretto con i bilancieri, quindi vengono utilizzati aste di spinta o sollevatori.
Iniettori carburante
Per creare la combustione necessaria per muovere i pistoni, abbiamo bisogno di carburante nei cilindri. Prima degli anni '80, le auto utilizzavano i carburatori per fornire carburante alla camera di combustione. Oggi, tutte le auto utilizzano uno dei tre sistemi di iniezione del carburante:iniezione diretta del carburante, iniezione del carburante ported o iniezione del carburante del corpo farfallato.
Con l'iniezione diretta di carburante, ogni cilindro riceve il proprio iniettore, che spruzza il carburante direttamente nella camera di combustione al momento giusto per la combustione.
Con l'iniezione di carburante ported, invece di spruzzare il carburante direttamente nel cilindro, spruzza nel collettore di aspirazione appena fuori dalla valvola. Quando la valvola si apre, aria e carburante entrano nella camera di combustione.
I sistemi di iniezione del carburante del corpo farfallato funzionano come facevano i carburatori, ma senza il carburatore. Invece di ogni cilindro che ottiene il proprio iniettore di carburante, c'è solo un iniettore di carburante che va a un corpo farfallato. Il carburante si miscela con l'aria nel corpo farfallato e poi viene disperso ai cilindri attraverso le valvole di aspirazione.
Candela
Sopra ogni cilindro c'è una candela. Quando fa scintille, accende il carburante compresso e l'aria, provocando la mini-esplosione che spinge il pistone verso il basso.
Quindi ora che conosciamo tutte le parti fondamentali del motore, diamo un'occhiata al movimento che effettivamente fa muovere la nostra auto:il ciclo a quattro tempi.
L'illustrazione sopra mostra il ciclo a quattro tempi in un unico cilindro. Succede anche negli altri cilindri. Ripeti questo ciclo mille volte in un minuto e otterrai un'auto che si muove.
Bene, ecco qua. Le basi di come funziona il motore di un'auto. Vai a dare un'occhiata sotto il cofano della tua auto oggi e vedi se riesci a indicare le parti di cui abbiamo discusso. Se desideri qualche informazione in più su come funziona un'auto, dai un'occhiata al libro Come funzionano le auto. Mi ha aiutato molto nella mia ricerca. L'autore fa un ottimo lavoro scomponendo le cose in un linguaggio che anche il principiante totale può capire.
