يرغب العديد من الأشخاص في معرفة المزيد عن السيارات لتعميق فهمهم للسيارات، ولكن بسبب تعقيد هياكل السيارات، يستسلمون جميعًا. أدناه أعددنا لك مجموعة من المقالات المصورة الخاصة بالسيارات، والتي تحلل الهيكل الداخلي للسيارة بالصور، مما يجعل المبادئ المعقدة سهلة الفهم.
صورة
تحليل أنواع هيكل المحرك
المحرك هو مصدر الطاقة للسيارة، تماما مثل قلب الإنسان. ومع ذلك، فإن حجم وبنية قلوب الأشخاص المختلفة لا تختلف كثيرًا، لكن الهياكل الداخلية لمحركات السيارات المختلفة مختلفة تمامًا. إذن ما هي الاختلافات في هياكل المحركات المختلفة؟ دعونا نكتشف معا أدناه.
● مصدر قوة السيارة
صورة
مصدر الطاقة في السيارة هو المحرك، وقوة المحرك تأتي من داخل الأسطوانة. أسطوانة المحرك هي المكان الذي تتحول فيه الطاقة الداخلية للوقود إلى طاقة حركية. يمكن أن نفهم ببساطة أن الوقود يحترق في الأسطوانة، مما يولد ضغطًا كبيرًا لدفع المكبس لأعلى ولأسفل، وتنتقل القوة إلى العمود المرفقي من خلال قضيب التوصيل، ويتم تحويلها أخيرًا إلى حركة دورانية، ثم من خلال ناقل الحركة وعمود القيادة، تنتقل الطاقة إلى عجلات القيادة لدفع السيارة إلى الأمام.
●لا يجوز أن يكون عدد الأسطوانات أكثر من اللازم
صورة
تحتوي معظم السيارات بشكل عام على محركات رباعية وستة سلندر. بما أن قوة المحرك تأتي بشكل رئيسي من الأسطوانات، فهل يعني ذلك أنه كلما زاد عدد الأسطوانات كان ذلك أفضل؟ في الواقع، مع زيادة عدد الأسطوانات، تزداد أجزاء المحرك أيضًا. مع الزيادة المقابلة، سيكون هيكل المحرك أكثر تعقيدا، مما سيقلل أيضا من موثوقية المحرك. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه سيزيد أيضًا من تكلفة تصنيع المحرك وتكاليف الصيانة اللاحقة. ولذلك يتم اختيار عدد الأسطوانات في محرك السيارة بعد مفاضلة شاملة تعتمد على استخدام المحرك ومتطلبات الأداء. تُستخدم المحركات مثل V12 وW12 وW16 فقط في عدد قليل من السيارات عالية الأداء.
● هيكل المحرك من النوع V
صورة
في الواقع، الفهم البسيط للمحرك على شكل حرف V هو أن الأسطوانات المتجاورة يتم تجميعها معًا بزاوية معينة. عند النظر إليه من الجانب، يبدو على شكل حرف V، وهو عبارة عن محرك على شكل حرف V. بالمقارنة مع المحرك المستقيم، يتم تقليل ارتفاع وطول المحرك من النوع V، مما يجعل غطاء المحرك أقل وتلبية المتطلبات الديناميكية الهوائية. يتم ترتيب أسطوانات المحرك من النوع V في اتجاهين متعاكسين بزاوية يمكن أن تعوض جزءًا من الاهتزاز. ومع ذلك، فإن العيب هو أنه يجب استخدام رأسي أسطوانة، كما أن الهيكل معقد نسبيًا. على الرغم من تقليل ارتفاع المحرك، إلا أن عرضه زاد أيضًا وفقًا لذلك، مما يجعل من الصعب تركيب أجهزة أخرى في حجرة المحرك ذات المساحة الثابتة.
● هيكل المحرك من النوع W
صورة
تتداخل الأسطوانات الموجودة على جانبي المحرك على شكل حرف V بزاوية صغيرة لتشكل محركًا على شكل حرف W. بالمقارنة مع المحركات من النوع V، فإن ميزة المحركات من النوع W هي أن العمود المرفقي يمكن أن يكون أقصر ويمكن أن يكون الوزن أخف، ولكن العرض يزداد أيضًا وفقًا لذلك، وسيتم ملء حجرة المحرك بشكل كامل. العيب هو أن المحرك من النوع W مقسم هيكليًا إلى جزأين، والهيكل أكثر تعقيدًا، وسينتج الكثير من الاهتزازات أثناء التشغيل، لذلك يتم استخدامه فقط في عدد قليل من المركبات.
صورة
● هيكل المحرك متعاكس أفقيا
صورة
يتم ترتيب الأسطوانات المتجاورة للمحرك المتقابل أفقيًا مقابل بعضها البعض (يتجه الجزء السفلي من المكبس إلى الخارج). تبلغ الزاوية بين الأسطوانتين 180 درجة، لكنها تختلف جوهريًا عن المحرك من النوع V الذي بزاوية 180 درجة. تشبه المحركات المتعاكسة أفقيًا المحركات الخطية من حيث أنها لا تشترك في دبوس كرنك (أي أن مكبسًا واحدًا متصل فقط بدبوس كرنك واحد)، ويكون اتجاه حركة المكابس المتقابلة معاكسًا، ولكن بزاوية 180 درجة على شكل حرف V- محرك النوع هو عكس ذلك تمامًا. تتمثل مزايا المحرك المتعاكس أفقيًا في قدرته على تعويض الاهتزازات بشكل جيد وجعل المحرك يعمل بسلاسة أكبر. مركز الجاذبية منخفض، ويمكن تصميم الجزء الأمامي من السيارة بشكل منخفض لتلبية المتطلبات الديناميكية الهوائية؛ يتوافق اتجاه عمود إخراج الطاقة مع اتجاه عمود النقل، ويكون نقل الطاقة بكفاءة أعلى. العيوب: الهيكل معقد والصيانة غير ملائمة؛ عملية الإنتاج صعبة وتكلفة الإنتاج مرتفعة. من بين السيارات ذات العلامات التجارية المشهورة، فقط بورش وسوبارو ما زالا يصران على استخدام المحركات المتعاكسة أفقيًا.
● لماذا يقوم المحرك بتوفير الطاقة بشكل مستمر؟
يرجع السبب وراء قدرة المحرك على توفير الطاقة بشكل مستمر إلى التشغيل الدوري المنظم للأشواط الأربعة: السحب والضغط والطاقة والعادم في الأسطوانة.
صورة
أثناء شوط السحب، عندما يتحرك المكبس من المركز الميت العلوي إلى المركز الميت السفلي في الأسطوانة، يفتح صمام السحب، ويغلق صمام العادم، ويتم امتصاص خليط الهواء النقي والبنزين إلى داخل الأسطوانة.
أثناء شوط الانضغاط، يتم إغلاق صمامات السحب والعادم، ويتحرك المكبس من المركز الميت السفلي إلى المركز الميت العلوي، فيضغط الغاز المختلط إلى أعلى الأسطوانة لزيادة درجة حرارة الغاز المختلط والاستعداد لشوط القدرة .
أثناء شوط القدرة، تشعل شمعة الإشعال الغاز المضغوط، و"ينفجر" الغاز المختلط في الأسطوانة ليولد ضغطًا هائلاً، مما يدفع المكبس من المركز الميت العلوي إلى المركز الميت السفلي، ويدفع العمود المرفقي للدوران عبر قضيب التوصيل .
أثناء شوط العادم، يتحرك المكبس من المركز الميت السفلي إلى المركز الميت العلوي. في هذا الوقت، يغلق صمام السحب ويفتح صمام العادم، ويتم تفريغ غاز العادم المحترق من الأسطوانة عبر مشعب العادم.
● قوة المحرك تأتي من الانفجارات
صورة
إن الطاقة التي يمكن للمحرك توليدها تأتي في الواقع من "القوة المتفجرة" في الأسطوانة. في غرفة الاحتراق ذات الأسطوانة المغلقة، تقوم شمعة الإشعال بإشعال نسبة معينة من خليط البنزين والهواء على الفور في اللحظة المناسبة، مما ينتج عنه قوة انفجارية هائلة. الجزء العلوي من غرفة الاحتراق ثابت، والضغط الهائل يجبر المكبس على التحرك نحو الأسفل. ، ويدفع العمود المرفقي من خلال قضيب التوصيل، ومن ثم ينقل الطاقة إلى عجلات القيادة من خلال سلسلة من الآليات، وفي النهاية يقود السيارة.
● شمعات الإشعال تتقن "التفجير"
صورة
إذا كنت تريد أن يكون "الانفجار" في الأسطوانة أكثر قوة، فإن الإشعال في الوقت المناسب مهم جدًا، وتلعب شمعة الإشعال الموجودة في الأسطوانة دور "التفجير". في الواقع، مبدأ الإشعال بشمعة الإشعال يشبه إلى حد ما مبدأ البرق. يحتوي رأس شمعة الإشعال على قطب كهربائي مركزي وقطب جانبي (بالنسبة إلى سحابتين مع أيونات قطبية متعاكسة). هناك فجوة صغيرة (تسمى فجوة الإشعال) بين القطبين. عند تنشيطه، يمكن أن ينتج شرارات كهربائية تصل إلى أكثر من 10,000 فولت، والتي يمكنها "تفجير" الغاز المختلط الموجود في الأسطوانة على الفور.
●صمام السحب أكبر من صمام العادم
صورة
من أجل "الانفجار" المستمر في الأسطوانة، يجب إدخال وقود جديد بشكل مستمر ويجب تفريغ غاز العادم في الوقت المناسب. تلعب صمامات السحب والعادم دورًا مهمًا في هذه العملية. يتم التحكم في صمامات السحب والعادم بواسطة كامات للقيام بعمليتي "الفتح" و"الإغلاق" في الوقت المناسب. لماذا تكون صمامات السحب التي تراها دائمًا أكبر من صمامات العادم؟ نظرًا لأن الهواء الداخل يتم امتصاصه بشكل عام عن طريق الفراغ، ويتم ضغط العادم لطرد غاز العادم، لذلك يكون العادم أسهل نسبيًا من السحب. من أجل الحصول على المزيد من الهواء النقي للمشاركة في الاحتراق، يجب أن يكون صمام السحب أكبر للحصول على كمية أكبر من الهواء.
● يجب ألا يكون عدد الصمامات كثيرًا
صورة
إذا كان المحرك يحتوي على صمامات متعددة، يكون حجم سحب الهواء كبيرًا عند السرعات العالية، ويكون العادم نظيفًا، ويكون أداء المحرك أفضل (على غرار صالة السينما، إذا كان هناك العديد من المداخل، فسيكون الدخول إليها أسهل بكثير) خارج). ومع ذلك، فإن التصميم متعدد الصمامات أكثر تعقيدًا، خاصة طريقة قيادة الصمام وهيكل غرفة الاحتراق وموضع شمعة الإشعال، والتي يجب ترتيبها جميعًا بعناية. وهذا يتطلب عملية إنتاج عالية، وتكلفة تصنيع عالية، وصعوبة الصيانة اللاحقة. لذلك، لا ينبغي أن يكون عدد الصمامات أكثر من اللازم. تحتوي المحركات الشائعة على 4 صمامات لكل أسطوانة (2 للداخل و2 للخارج).
تحليل مبدأ الصمام المتغير للمحرك
لقد تعلمنا بالفعل عن الهيكل الأساسي ومصدر الطاقة للمحرك. في الواقع، سرعة التشغيل الفعلية للمحرك ليست ثابتة، ولكنها مثل شخص يركض، فهي سريعة أحيانًا ولطيفة أحيانًا، لذلك من المهم بشكل خاص ضبط إيقاع التنفس الخاص بك. دعونا نلقي نظرة على كيفية "تنفس" المحرك.
● وظيفة عمود الحدبات
صورة
ببساطة، عمود الحدبات عبارة عن قضيب معدني مزود بعدة كاميرات على شكل قرص. ما الدور الذي يلعبه هذا القضيب المعدني في تشغيل المحرك؟ وهي مسؤولة بشكل رئيسي عن فتح وإغلاق صمامات السحب والعادم. يستمر عمود الكامات في الدوران مدفوعًا بالعمود المرفقي، وتضغط الكامة بشكل مستمر على الصمام (الذراع المتأرجح أو قضيب الدفع)، وبالتالي التحكم في فتح وإغلاق صمام السحب وصمام العادم.
● ماذا تعني OHV وOHC وSOHC وDOHC؟
غالبًا ما يتم رؤية الحروف SOHC وDOHC على غلاف المحرك. ماذا تعني هذه الحروف؟ يشير OHV إلى الصمام العلوي وعمود الكامات السفلي، مما يعني أن عمود الكامات يتم ترتيبه في الجزء السفلي من الأسطوانة ويتم ترتيب الصمامات في الجزء العلوي من الأسطوانة. يشير OHC إلى عمود الحدبات العلوي، أي أن عمود الحدبات يتم ترتيبه أعلى الأسطوانة.
صورة
إذا كان هناك عمود كامات واحد فقط في الجزء العلوي من الأسطوانة يكون مسؤولاً عن فتح وإغلاق صمامات السحب والعادم في نفس الوقت، فإنه يُسمى عمود كامات علوي واحد (SOHC). إذا كان هناك عمودين كامات أعلى الأسطوانة مسئولين عن فتح وإغلاق صمامات السحب والعادم، فيسمى عمود كامات علوي مزدوج (DOHC).
صورة
يجب توصيل كاميرا عمود الكامات السفلي والذراع المتأرجح للصمام بواسطة قضيب توصيل معدني. ترفع الكامة قضيب التوصيل وتدفع الذراع المتأرجح لفتح وإغلاق الصمام. ومع ذلك، فإن سرعة الدوران العالية بشكل مفرط يمكن أن تتسبب بسهولة في كسر قضيب القاذف، لذلك يستخدم هذا التصميم في الغالب في المحركات ذات الإزاحة الكبيرة، وسرعة الدوران المنخفضة، والسعي للحصول على خرج عزم دوران كبير. يمكن أن يحذف عمود الكامات العلوي قضيب الدفع، مما يبسط آلية النقل من عمود الكامات إلى الصمام، وهو أكثر ملاءمة لأداء قوة المحرك بسرعة عالية. يتم استخدام عمود الحدبات العلوي على نطاق واسع.
● دور آلية توزيع الغاز
صورة
تشتمل مجموعة الصمامات بشكل أساسي على مجموعة تروس التوقيت، وعمود الحدبات، ومكونات نقل الصمام (الصمامات، وقضبان الدفع، والأذرع المتأرجحة، وما إلى ذلك). وتتمثل وظيفتها الرئيسية في فتح وإغلاق صمامات السحب والعادم لكل أسطوانة في الوقت المناسب وفقًا لظروف عمل المحرك. ، بحيث يمكن للغاز المختلط الطازج أن يملأ الأسطوانة في الوقت المناسب، ويمكن تفريغ غاز العادم من الأسطوانة في الوقت المناسب.
● ما هو توقيت الصمام؟ لماذا هناك حاجة للتوقيت؟
يمكن ببساطة فهم ما يسمى بتوقيت الصمام على أنه اللحظة التي يفتح فيها الصمام ويغلق. من الناحية النظرية، أثناء شوط السحب، عندما يتحرك المكبس من المركز الميت العلوي إلى المركز الميت السفلي، يفتح صمام السحب ويغلق صمام العادم؛ أثناء شوط العادم، عندما يتحرك المكبس من المركز الميت السفلي إلى المركز الميت العلوي، يُغلق صمام السحب ويفتح صمام العادم.
صورة
فلماذا نحتاج أن نكون في الوقت المحدد؟ في الواقع، في التشغيل الفعلي للمحرك، من أجل زيادة كمية الهواء الداخل إلى الأسطوانة، يجب فتح صمام السحب مسبقًا وإغلاقه لاحقًا؛ وبالمثل، من أجل تفريغ غاز العادم في منظف الأسطوانة، يجب أيضًا فتح صمام العادم مسبقًا وإغلاقه لاحقًا. تأخير الاغلاق لضمان تشغيل المحرك بكفاءة.
●ما هو توقيت الصمام المتغير ورفع الصمام المتغير؟
عندما يدور المحرك بسرعة عالية، يكون وقت الشفط والعادم لكل أسطوانة في دورة العمل الواحدة قصيرًا جدًا. لتحقيق كفاءة شحن عالية، يجب تمديد وقت الشفط والعادم للأسطوانة، وهو المطلب. زيادة زاوية تداخل الصمام؛ عندما يكون المحرك بسرعة منخفضة، فإن زاوية تداخل الصمام المفرطة ستتسبب بسهولة في تدفق غاز العادم للخلف، وسينخفض حجم السحب بدلاً من ذلك، مما يؤدي إلى تباطؤ المحرك غير المستقر وعزم دوران منخفض السرعة المنخفضة.
صورة
من الصعب أن يلبي توقيت الصمام الثابت احتياجات سرعات المحرك العالية والمنخفضة في نفس الوقت، لذلك ظهر توقيت الصمام المتغير. يمكن تعديل التوقيت المتغير للصمام وفقًا لسرعات المحرك المختلفة وظروف العمل، بحيث يمكن للمحرك تحقيق كفاءة السحب والعادم المثالية عند السرعات العالية والمنخفضة.
صورة
إن الجوهر الذي يؤثر على قوة المحرك يرتبط في الواقع بكمية الأكسجين التي تدخل الأسطوانة لكل وحدة زمنية. يمكن لنظام توقيت الصمام المتغير تغيير وقت فتح وإغلاق الصمام فقط، ولكن لا يمكنه تغيير كمية الهواء الداخل لكل وحدة زمنية. توقيت الصمام المتغير يمكن أن يلبي الرفع هذا الطلب. إذا تم اعتبار صمام المحرك بمثابة "باب" للمنزل، فيمكن فهم توقيت الصمام على أنه الوقت الذي يفتح فيه "الباب"، ويعادل رفع الصمام حجم فتحة "الباب".
● نظام توقيت الصمامات المتغير تويوتا VVT-i
لقد تم استخدام نظام توقيت الصمام المتغير من تويوتا على نطاق واسع. المبدأ الأساسي هو تثبيت آلية هيدروليكية على عمود الكامات، ومن خلال التحكم في وحدة التحكم الإلكترونية، يتم ضبط وقت فتح وإغلاق الصمام ضمن نطاق زاوية معينة، أو التقدم أو التأخير أو البقاء كما هو.
صورة
يتم توصيل الدوار الخارجي لعمود الكامات بسلسلة التوقيت (الحزام) والدوار الداخلي متصل بعمود الكامات. يمكن للدوار الخارجي أن يدفع الدوار الداخلي بشكل غير مباشر من خلال الزيت الهيدروليكي، وبالتالي تحقيق تقدم الزاوية أو تأخيرها ضمن نطاق معين.
● نظام رفع الصمام المتغير i-VTEC من هوندا
إن الهيكل ومبدأ العمل لنظام رفع الصمام المتغير i-VTEC من هوندا ليسا معقدين. يمكن اعتباره إضافة ذراع متأرجح ثالث وعمود كامات ثالث إلى الذراع الأصلي. كيف يغير رفع الصمام؟ يمكن أن نفهم ببساطة أنه من خلال فصل وتكامل الأذرع الثلاثة المتأرجحة، يتم تحقيق تبديل أعمدة الكامات ذات الزاوية العالية والمنخفضة، وبالتالي تغيير رفع الصمام.
صورة
عندما يكون المحرك تحت حمل منخفض، تكون الأذرع المتأرجحة الثلاثة في حالة منفصلة. تتحكم الأذرع المتأرجحة الموجودة على جانبي الكاميرا ذات الزاوية المنخفضة في فتح وإغلاق الصمام، ويكون رفع الصمام صغيرًا. عندما يكون المحرك تحت حمولة عالية، يتم دمج الأذرع المتأرجحة الثلاثة في ذراع واحد، ويكون رفع الصمام صغيرًا. تعمل الكامة الزاوية على تشغيل الذراع المتأرجح المتوسط ولها صمام رفع كبير.
● نظام رفع الصمامات المتغير BMW Valvetronic
صورة
يعمل نظام رفع الصمام المتغير Valvetronic من BMW بشكل أساسي على تغيير رفع الصمام عن طريق إضافة مكونات مثل الأعمدة اللامركزية والمحركات المؤازرة وقضبان الدفع المتوسطة إلى آلية الصمام الخاصة به. عندما يعمل المحرك، فإن آلية التروس الدودية تدفع العمود اللامركزي إلى الدوران، ومن ثم تدفع الصمام من خلال قضيب الدفع المتوسط والذراع المتأرجح. يدور اللامركزي بزوايا مختلفة، ويدفع عمود الكامات الصمام من خلال قضيب الدفع المتوسط والذراع المتأرجح لإنتاج مصاعد مختلفة، وبالتالي التحكم في رفع الصمام.
● نظام رفع الصمام المتغير Audi AVS
صورة
يقوم نظام رفع الصمام المتغير AVS من Audi بتغيير رفع الصمام بشكل أساسي عن طريق تبديل مجموعتين من الكامات بارتفاعات مختلفة على عمود الكامات. مبدأه مشابه جدًا لمبدأ i-VTEC من هوندا، باستثناء أن نظام AVS مثبت على عمود الحدبات. يتم استخدام غلاف الأخدود الحلزوني الموجود على عمود الكامات لتحريك عمود الكامات إلى اليسار واليمين، وبالتالي تبديل الكامات العالية والمنخفضة على عمود الكامات.
صورة
صورة
عندما يكون المحرك تحت حمولة عالية، يقوم السائق الكهرومغناطيسي بتحريك عمود الكامات إلى اليمين ويتحول إلى الكامة ذات الزاوية العالية، وبالتالي زيادة رفع الصمام؛ عندما يكون المحرك تحت حمل منخفض، يقوم السائق الكهرومغناطيسي بتحريك عمود الكامات إلى اليسار ويتحول إلى الكامة ذات الزاوية المنخفضة. ، لتقليل رفع الصمام.
تحليل مبدأ الحقن المباشر في اسطوانة المحرك
ومع تزايد صرامة متطلبات الطاقة وحماية البيئة، يجب الاستمرار في ترقية المحركات وتطويرها لتلبية احتياجات الناس. أعتقد أن الجميع على دراية بمصطلحات مثل "الحقن المباشر داخل الأسطوانة" و"الاحتراق الطبقي" و"الإزاحة المتغيرة". كيف يعملون؟ دعونا نكتشف معا أدناه.
● هل المكبس والعمود المرفقي هما الأكثر "إرهاقا"؟
صورة
بمجرد بدء تشغيله، سيتعرض "رأس" المكبس لدرجة حرارة عالية وضغط مرتفع، وسيستمر في التحرك لأعلى ولأسفل بسرعة عالية. بيئة العمل قاسية جداً. يمكن القول أن المكبس هو "قلب" المحرك، وبالتالي فإن دقة إنتاج المواد للمكبس لها متطلبات عالية جدًا.
صورة
كما أن العمود المرفقي الذي يتم الضغط عليه بواسطة المكبس غير مريح أيضًا، حيث يجب أن يدور باستمرار بسرعة عالية. يدور العمود المرفقي آلاف المرات في الدقيقة ويتحمل المهمة الشاقة المتمثلة في تشغيل مضخة الزيت والمولد وضاغط تكييف الهواء وعمود الحدبات والآليات الأخرى. إنه العمود الوسيط لقوة المحرك، لذا فهو أيضًا "قوي" نسبيًا.
● كيفية تحويل الحركة الخطية إلى حركة دورانية؟
نعلم جميعًا أن المكبس الموجود في الأسطوانة يتحرك لأعلى ولأسفل بحركة خطية، ولكن من أجل إخراج قوة الدوران التي تدفع العجلات للأمام، كيف يتم تحويل الحركة الخطية إلى حركة دورانية؟ في الواقع، هذا له علاقة كبيرة ببنية العمود المرفقي. عمود قضيب التوصيل للعمود المرفقي والعمود الرئيسي ليسا على نفس الخط المستقيم، ولكن يتم ترتيبهما بشكل معاكس.
صورة
مبدأ الحركة هذا يتبعني بالفعل
