Hoe een automotor werkt

De motor is het hart van een auto. Het is een complexe machine die is gebouwd om warmte van brandend gas om te zetten in de kracht die de wielen doet draaien. Voertuigen bewegen door de combinatie van twee processen die plaatsvinden in de verbrandingsmotor (ICE): de ontsteking en verbranding van de brandstof vindt plaats in de motor zelf. De motor zet vervolgens de energie van de verbranding gedeeltelijk om in warmte en mechanisch koppel. Om dit te laten gebeuren, bestaat de motor uit verschillende afzonderlijke componenten die tegelijkertijd werken (allemaal essentieel).

Basisprincipes van automotoren

De verbrandingsmotor (ICE) is wat de meeste auto's tegenwoordig gebruiken. Om de motor te laten functioneren en vermogen te produceren, is een mix van voornamelijk lucht en brandstof nodig. De meeste automotoren draaien op fossiele brandstoffen, voornamelijk diesel en benzine. Enkele andere motoren worden aangedreven door bio-ethanol of waterstof. Ongeacht de brandstof werken de meeste automotoren volgens hetzelfde principe. Er zijn echter enkele verschillen afhankelijk van de gebruikte brandstof. Dieselmotoren hebben bijvoorbeeld geen bougies. In plaats daarvan verbrandt de brandstof door sterk gecomprimeerde hete lucht.

Energieopwekking

In eenvoudige bewoordingen kan de manier waarop een motor vermogen produceert in vier stappen worden beschreven.

1. Inductie: Brandstof wordt samen met lucht aan de cilinder toegevoegd door een brandstofinjector.
2. Compressie: De zuiger, die zich in dezelfde cilinder bevindt, comprimeert het lucht-brandstofmengsel.
3. Vermogen: Terwijl de kleppen sluiten, ontsteekt de bougie het lucht-brandstofmengsel en produceert het vermogen.
4. Uitlaat: De zuiger wordt door de explosie naar beneden gedrukt, waardoor de energie naar de krukas wordt overgebracht en de verbrande gassen naar de uitlaat worden geduwd.

Deze vier stappen komen voor in de meeste verbrandingsmotoren die benzine gebruiken. De vier stappen worden de "viertaktcyclus" genoemd die bestaat in zogenaamde viertaktmotoren.

Onderdelen van een motor

De verbrandingsmotor bestaat uit vele onderdelen, waarvan de meest fundamentele onderdelen de volgende zijn:

• Motorblok
• Krukas
• Zuiger
• Nokkenas
• Brandstofverstuiver
• Uitlaatspruitstuk

Al deze onderdelen en meer zijn typische onderdelen van een viertakt verbrandingsmotor, die wordt gebruikt door de meeste auto's die op fossiele brandstof rijden. De bovengenoemde componenten zijn verantwoordelijk voor het creëren van vermogen, maar er zijn veel andere componenten en systemen nodig om de motor te laten draaien. Dit omvat een smeersysteem, koelsysteem, startsysteem, Engine Control Unit (ECU) en meer.

1. Motorblok

Het motorblok is het hart van de motor. De meeste moderne motoren bestaan ​​uit een monoblok, wat betekent dat alle cilinders hetzelfde blok delen. Het motorblok biedt niet alleen ruimte voor de cilinders, maar is ook voorzien van oliegalerijen en koelvloeistofdoorgangen, waardoor de motor respectievelijk gesmeerd en gekoeld kan worden. 

U hebt misschien gehoord van motoren die V8, V12, inline 4, boxermotor, enzovoort worden genoemd. Deze namen worden gedicteerd door hoe de cilinders in het motorblok zijn uitgelijnd. De meest voorkomende typen verbrandingsmotoren staan ​​hieronder vermeld. Andere soorten en variaties bestaan, maar ze komen veel minder vaak voor.

a. V-motor

V-motoren, zoals V6, V8 en V12 worden zo genoemd omdat de cilinders zo zijn uitgelijnd dat ze een "V" vormen, gezien vanuit een voor- of achterwaarts gericht perspectief. Het getal geeft het aantal cilinders in het motorblok aan. Een V6 heeft zes cilinders, een V10 heeft tien cilinders, enzovoort.

b. lijnmotor

Een lijnmotor is zo geconfigureerd dat de cilinders in één rechte rij zijn uitgelijnd. Deze motoren hebben meestal 4 cilinders of minder en zijn goedkoper te produceren.

c. Boxermotor

De boxermotor is een specifiek type platte motor. De zuigers liggen plat en elk paar tegenover elkaar liggende zuigers beweegt gelijktijdig in en uit. De beweging van het paar zuigers dat heen en weer schuift, lijkt op die van boksers tijdens een gevecht, waarbij ze elkaar stoten, vandaar de naam.

d. rotatiemotor

Wankelmotoren, ook wel rotatiemotoren genoemd, gebruiken helemaal geen zuigers. In plaats daarvan gebruiken ze een rotor in de vorm van een driehoek. Tegenwoordig zijn rotatiemotoren zeer zeldzaam met slechts een paar automodellen die ze gebruiken. Ze hebben de aandacht getrokken van veel autoliefhebbers omdat de motor in staat is en graag met hoge toerentallen draait.

2. Krukas:

De zuigers worden blootgesteld aan de reacties die plaatsvinden in de verbrandingskamer. Wanneer de brandstof ontbrandt, dwingt de energie de zuigers naar beneden. De zuigers zijn verbonden met de krukas door middel van drijfstangen. Terwijl de zuigers bewegen, beweegt ook de krukas. De op-en-neer beweging van de zuigers vertaalt zich in een roterende beweging bij de krukas. De krukas wordt blootgesteld aan enorme krachten.

De kracht die je relatief zware auto in beweging houdt gaat immers via de krukas. Verder gaat door wrijving veel energie in de krukas verloren. Terwijl de krukas de lineaire beweging omzet in rotatie, zorgt het vliegwiel voor een soepeler vermogen. De krachtlevering gaat door naar de transmissie, waar een koppeling zich tussen de krukas en transmissie bevindt.

De transmissie is verbonden met de uitgaande as, die op zijn beurt is verbonden met de assen. De assen zijn verbonden met de wielen, waardoor de reis van de kracht die door de cilinder wordt gecreëerd, wordt voltooid. De krukas levert niet alleen het rotatievermogen aan de transmissie. Terwijl het draait, zijn de poelies die met de krukas zijn verbonden, op hun beurt verbonden met accessoireriemen die andere auto-onderdelen aandrijven, zoals de dynamo, nokkenas en stuurbekrachtigingspomp.

3. Zuiger

Zoals je hebt gezien, is de zuiger iets dat vaak wordt genoemd bij het creëren van vermogen in een verbrandingsmotor. De zuiger is ingesloten in de cilinders van het motorblok. Niets lekt of ontsnapt uit de zuiger, aangezien de zuigerveren, die aan de zuiger zijn bevestigd, een perfecte afdichting creëren om de compressie te bieden die nodig is voor het verbranden van de brandstof. Het bovenste deel van de cilinder, het deel dat de zuiger niet inneemt, wordt de verbrandingskamer genoemd.

De verbrandingskamer wordt kleiner en kleiner naarmate de zuiger naar de bovenkant van de cilinder beweegt. Naarmate de zuiger omhoog beweegt en de verbrandingskamer kleiner wordt, ontstaat er een grote hoeveelheid warmte en druk en explodeert het brandstof-luchtmengsel, waardoor energie vrijkomt en kracht wordt geproduceerd. Zoals eerder vermeld, zijn dieselmotoren niet afhankelijk van bougies. In plaats daarvan wordt de brandstof ontstoken door de enorme compressie die wordt veroorzaakt door de zuiger die de verbrandingskamer "kleiner" maakt.

4. Nokkenas

Zoals vermeld in het gedeelte over de krukas, is de nokkenas verbonden met de krukas, waardoor een synchrone beweging in het motorblok ontstaat. De nokkenas bedient de inlaat- en uitlaatkleppen, waardoor lucht en brandstof in de verbrandingskamer kunnen komen. Je hebt misschien wel eens gehoord van distributieriemen of distributiekettingen. Dit zijn de verbindingen tussen de krukas en de nokkenas.

Ze zorgen ervoor dat de kleppen volledig openen wanneer de zuiger zich in de onderste positie bevindt, waardoor brandstof en lucht naar de cilinder wordt gevoerd, en sluiten de kleppen wanneer de zuiger naar de bovenkant van de cilinder gaat, waardoor de brandstof wordt ontstoken. Als uw auto een distributieriem heeft, is het belangrijk deze te vervangen met door uw autofabrikant vastgestelde tussenpozen. Het falen van de distributieriem kan leiden tot enorme motorschade, omdat motorcomponenten die niet bedoeld zijn om elkaar te raken, dit gewelddadig doen.

5. Brandstofinjector

Oudere auto's met benzinemotoren gebruikten carburateurs. Wanneer uw rechtervoet het gaspedaal indrukt, gaat de gasklep open en laat de lucht door de carburateur stromen. Terwijl de lucht door de carburateur ging, deed de brandstof dat ook. De lucht "sleepte" de brandstof mee uit de brandstofcontainer van de carburateur, een "vlotterkom" genoemd. Dit was mogelijk dankzij fraaie natuurkunde of, meer specifiek, door het principe van Bernoulli, dat lucht en brandstof relatief proportioneel maakte.

Het lucht-brandstofmengsel zou dan naar het inlaatspruitstuk en naar de inlaatkleppen gaan, waar verbranding in de cilinder zou plaatsvinden. Tegenwoordig wordt een brandstofinjector gebruikt, die een preciezere hoeveelheid brandstof via een verstuiver levert. Er zijn ook verschillende soorten brandstofinjectoren, voornamelijk gedefinieerd door externe mengselvorming en interne mengselvorming.

In het algemeen worden, zoals de naam al doet vermoeden, brandstofinjectoren voor externe mengselvorming gemengd voordat deze de verbrandingskamer binnenkomen. Interne mengselvorming injecteert gewoonlijk rechtstreeks brandstof in de verbrandingskamer. Moderne auto's hebben verschillende soorten sensoren en andere elektronica die ervoor zorgen dat de lucht-brandstofverhouding bevredigend is, met behulp van het brandstofinjectiesysteem.

6. Uitlaatspruitstuk

Wanneer de brandstof is verbrand, moeten de uitlaatgassen de verbrandingskamer verlaten. Het doet dit terwijl de zuiger omhoog beweegt en de uitlaatklep open is. Het lijkt misschien dat dit een heel eenvoudig proces is. In vergelijking met andere componenten en systemen in de motor wel. Er zit echter ook veel techniek achter deze systemen. Om het simpel te houden, zullen we niet te veel in detail treden.

Als je meer wilt weten over het uitlaatspruitstuk en de techniek erachter, Wikipedia heeft er een geweldig en beknopt artikel over. Vermeldenswaard is dat onverbrande brandstof ook door het uitlaatspruitstuk gaat. In het spruitstuk is een zuurstofsensor aangebracht die feedback geeft aan het brandstofinjectorsysteem als de brandstof-luchtverhouding te rijk of te arm is.

Hybride voertuigmotoren

Inmiddels zou u een algemeen begrip moeten hebben van hoe een automotor werkt. Tot nu toe zijn voornamelijk auto's met benzine- en dieselmotor beschreven, maar er is een type auto dat iets complexer is: de hybride voertuigmotor. Een hybride is iets dat ontstaat door twee verschillende elementen te combineren. In de autowereld betekent een hybride voertuig meestal dat de auto op twee soorten stroom rijdt: elektrisch en benzine. Over het algemeen zijn er drie soorten hybride voertuigen:

• Volledig hybride
• Milde hybride
• Plug-in hybriden

Deze typen zijn onderverdeeld afhankelijk van de mate van hybridisatie.

• Een volledig hybride voertuig kan zowel op de motor als op de batterijen rijden, of op een van beide afzonderlijk.
• Een mild hybride voertuig heeft geen elektrische motor of generator die de auto zelf kan aandrijven. Milde hybrides maken gebruik van een elektromotor die ook de traditionele dynamo vervangt. De elektromotor assisteert de auto en bespaart brandstof door bijvoorbeeld de verbrandingsmotor uit te schakelen bij uitrollen, stilstaan ​​of remmen. Het kan ook de verbrandingsmotor helpen bij het accelereren en sommige ondersteunen ook regeneratief remmen. Wanneer regeneratief remmen actief is, wordt de kinetische energie die door de draaiende wielen wordt gegenereerd, opgeslagen als elektriciteit. In zekere zin lijkt dit veel op een dynamo die elektriciteit produceert. In plaats van de kinetische kracht van de krukas komt deze energie echter van de wielen.
• Een plug-in hybride is vergelijkbaar met een volledige hybride. Het verschil zit hem in de grootte van de accu, aangezien een plug-in hybride veel groter is. Je moet de auto ook in het stopcontact steken om hem volledig op te laden, vandaar de naam plug-in hybride.

Hoe werken hybride voertuigmotoren?

De bovenstaande classificaties worden bepaald door het vermogen van de elektromotor. In de volgende paragrafen worden de verschillende typen hybride implementatie in ontwerp besproken. We zullen drie soorten hybride ontwerpen bekijken. Zij zijn:

• Parallel hybride
• serie hybride
• Serie-parallelle hybride

a. Parallel hybride

Stel je een automotor voor die vermogen produceert en dat vermogen overbrengt op een as, die op zijn beurt dat vermogen op de wielen overbrengt. Aan de andere kant heb je een elektrische motor die zijn vermogen overbrengt op dezelfde as. Dit is het basisprincipe van een parallelle hybride. Zowel de verbrandingsmotor als de elektromotor sturen het vermogen naar dezelfde as. In de meeste gevallen bevindt de elektromotor zich tussen de motor en de transmissie.

b. Serie hybride

Je hebt misschien gehoord van "elektrische voertuigen met een groter bereik". Het zijn hybrides die zowel elektromotor(en) als een verbrandingsmotor gebruiken. Het belangrijkste bij seriehybriden is dat de motor op geen enkele manier met de wielen is verbonden. In plaats daarvan is de motor aangesloten op een generator, die elektriciteit levert voor de elektromotor. De verbrandingsmotor wordt ingeschakeld wanneer er geen lading meer in de batterij zit, waardoor de elektromotor rechtstreeks wordt aangedreven. Het kan ook worden gebruikt om de batterij op te laden.

c. Serie-parallelle hybride

Zoals de naam al doet vermoeden, combineert de serie-parallelle hybride het ontwerp van de parallelle hybride en de serie-hybride. Met andere woorden, de verbrandingsmotor levert stroom aan zowel de wielen als een generator.

Hoe werken elektrische voertuigen?

Volledig elektrische auto's hebben geen motor. Qua componenten hebben ze een veel eenvoudiger ontwerp zonder dat er dynamo's, uitlaatsystemen, brandstofinjecties, cilinders, enzovoort nodig zijn. Door het ontbreken van een grote motor beschikken veel elektrische auto's, naast een kofferbak, over een voor kofferbak, ook wel een “frunk” genoemd. Dit kan handig zijn omdat het meer opbergruimte in de auto biedt. In plaats van een motor worden één of meerdere elektromotoren gebruikt. 

De plaatsing van de motor is afhankelijk van het model van de auto. Sommige hebben het uitsluitend op de vooras, terwijl andere dubbele motoren hebben voor de voor- en achteras. Sommige high-end elektrische sportwagens gebruiken zelfs een motor voor elk wiel. Wat de prijs ook is, elektrische voertuigen werken op zeer vergelijkbare manieren. Een volledig elektrische auto bestaat uit verschillende onderdelen, waaronder:

• accu
• Elektrische tractiemotor
• Thermisch systeem
• Laad poort
• DC / DC-omzetter
• Vermogenselektronica-controller
• Tractie batterij
• transmissie

Er zijn niet te veel componenten, en ze hebben ook geen traditionele oliesmering, een uitlaatsysteem, enzovoort nodig. Hierdoor zijn elektrische auto's veel gemakkelijker te onderhouden en te onderhouden dan traditionele auto's met verbrandingsmotor.

Van de outlet naar de wereld

Er zijn speciale opladers voor elektrische auto's. De meeste elektrische auto's ondersteunen echter opladen via een gewoon stopcontact dat u thuis heeft. Hoe zorgt de elektriciteit van je huis ervoor dat je auto potentieel over de hele wereld rijdt (zolang er elektriciteit beschikbaar is)? Laten we eens kijken naar de verschillende onderdelen van een elektrische auto:

a. Oplaadpoort:

De eerste stap is om uw auto op te laden door de oplader in de oplaadpoort te steken. De wisselstroom (AC) gaat via de ingebouwde lader die deze omzet in gelijkstroom (DC), die vervolgens wordt opgeslagen in het tractiebatterijpakket.

b. DC/DC-omzetter

De hoogspanningsgelijkstroom die in het tractiebatterijpakket is opgeslagen, is te sterk voor gebruik door de voertuigaccessoires. Om dat probleem op te lossen, zet de DC/DC-converter deze om in laagspannings-DC, die de accessoires van het voertuig van stroom kan voorzien. De batterij slaat en levert elektriciteit voor dezelfde accessoires.

c. Elektrische tractiemotor

De elektromotor zorgt ervoor dat de wielen draaien en houdt de auto in beweging. De stroom komt van de tractiebatterij.

d. Tractie batterij

De tractiebatterij is de batterij die verantwoordelijk is voor het aandrijven van de auto. Het zijn meestal lithium-ion lithium-polymeerbatterijen. Door het grote formaat zit de accu onderin de auto.

e. Vermogenselektronica-controller

De vermogenselektronica-controller is het brein van de elektrische processen. Het bepaalt de snelheid van de elektromotor, de energie die aan de batterij wordt geleverd en meer.

f. Overdragen

De transmissie brengt het vermogen van de elektromotor over op de wielen. In tegenstelling tot traditionele verbrandingsmotoren heeft de transmissie in de meeste elektrische auto's maar één versnelling.

g. Thermisch systeem

Het thermische systeem koelt het hele systeem af. Het is een zeer belangrijk onderdeel omdat de prestaties van de auto sterk worden beïnvloed door de temperatuur.

Samengevat

Een verbrandingsmotor is een zeer geavanceerde motor die meestal op benzine of diesel loopt. Het grootste verschil tussen benzine- en dieselmotoren is dat een dieselmotor niet afhankelijk is van bougies maar van compressie. Automotoren die twee of meer krachtbronnen gebruiken, worden hybriden genoemd. Meestal bestaan ​​hybrides uit een verbrandingsmotor en een elektromotor.

De hybriden kunnen ofwel worden gecategoriseerd door ontwerp of door de mate van hybridisatie. De meeste hybride auto's gebruiken een serie-parallel hybride ontwerp waarbij de verbrandingsmotor zowel een generator als de wielen van stroom voorziet. Een volledig elektrische auto heeft minder onderdelen dan een traditionele motor. Ze zijn veel gemakkelijker te onderhouden omdat ze minder onderdelen bevatten en bijvoorbeeld niet gesmeerd hoeven te worden met olie.