Beaucoup de gens veulent en savoir plus sur les voitures pour approfondir leur compréhension des voitures, mais en raison de la complexité des structures automobiles, ils abandonnent tous. Ci-dessous, nous avons préparé pour vous une série d'articles illustrés sur les voitures, qui analysent la structure interne de la voiture avec des images, rendant ainsi les principes complexes faciles à comprendre.
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Analyse des types de structure de moteur
Le moteur est la source d’énergie de la voiture, tout comme le cœur humain. Cependant, la taille et la structure du cœur des différentes personnes ne sont pas très différentes, mais les structures internes des moteurs des différentes voitures sont très différentes. Alors, quelles sont les différences dans les structures des différents moteurs ? Découvrons ensemble ci-dessous.
● Source d'énergie automobile
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La source d’énergie d’une voiture est le moteur, et la puissance du moteur vient de l’intérieur du cylindre. Le cylindre du moteur est l'endroit où l'énergie interne du carburant est convertie en énergie cinétique. On peut simplement comprendre que le carburant est brûlé dans le cylindre, générant une pression énorme pour pousser le piston de haut en bas, et que la force est transmise au vilebrequin via la bielle, et finalement convertie en mouvement de rotation, puis via la transmission. et l'arbre de transmission, la puissance est transmise aux roues motrices pour propulser la voiture vers l'avant.
●Le nombre de cylindres ne peut pas être trop grand
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La plupart des voitures en général ont des moteurs à quatre et six cylindres. Puisque la puissance du moteur provient principalement des cylindres, cela signifie-t-il que plus il y a de cylindres, mieux c'est ? En fait, à mesure que le nombre de cylindres augmente, les pièces du moteur augmentent également. Avec l'augmentation correspondante, la structure du moteur sera plus complexe, ce qui réduira également la fiabilité du moteur. En outre, cela augmentera également le coût de fabrication du moteur et les coûts de maintenance ultérieurs. Par conséquent, le nombre de cylindres d'un moteur de voiture est sélectionné après un compromis complet basé sur l'utilisation du moteur et les exigences de performances. Les moteurs comme les V12, W12 et W16 ne sont utilisés que dans quelques voitures hautes performances.
● Structure du moteur de type V
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En fait, une compréhension simple d’un moteur en forme de V est que les cylindres adjacents sont regroupés selon un certain angle. Vu de côté, il ressemble à une forme en V, qui est un moteur en forme de V. Par rapport au moteur en ligne, la hauteur et la longueur du moteur de type V sont réduites, ce qui peut abaisser le capot du moteur et répondre aux exigences aérodynamiques. Les cylindres du moteur de type V sont disposés dans des directions opposées selon un angle, ce qui peut compenser une partie des vibrations. Cependant, l'inconvénient est qu'il faut utiliser deux culasses et que la structure est relativement compliquée. Bien que la hauteur du moteur ait été réduite, sa largeur a également augmenté en conséquence, ce qui rend difficile l'installation d'autres appareils dans un compartiment moteur à espace fixe.
Structure du moteur de type W
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Les cylindres des deux côtés du moteur en forme de V sont décalés selon un petit angle pour former un moteur en forme de W. Par rapport aux moteurs de type V, l'avantage des moteurs de type W est que le vilebrequin peut être plus court et le poids peut être plus léger, mais la largeur augmente également en conséquence et le compartiment moteur sera rempli plus complètement. L'inconvénient est que le moteur de type W est structurellement divisé en deux parties, la structure est plus complexe et il produira beaucoup de vibrations pendant le fonctionnement, il n'est donc utilisé que dans quelques véhicules.
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● Structure moteur opposée horizontalement
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Les cylindres adjacents d'un moteur opposé horizontalement sont disposés l'un en face de l'autre (le bas du piston est tourné vers l'extérieur). L'angle entre les deux cylindres est de 180 degrés, mais il est essentiellement différent du moteur de type V à 180 degrés. Les moteurs opposés horizontalement sont similaires aux moteurs en ligne dans la mesure où ils ne partagent pas de maneton (c'est-à-dire qu'un piston n'est connecté qu'à un seul maneton) et que la direction de mouvement des pistons opposés est opposée, mais le V-180 degrés type de moteur est tout le contraire. Les avantages du moteur opposé horizontalement sont qu’il peut bien compenser les vibrations et rendre le moteur plus fluide ; le centre de gravité est bas et l'avant de la voiture peut être conçu plus bas pour répondre aux exigences aérodynamiques ; la direction de l'arbre de sortie de puissance est cohérente avec la direction de l'arbre de transmission et la transmission de puissance est plus efficace. Inconvénients : La structure est complexe et la maintenance peu pratique ; le processus de production est exigeant et le coût de production est élevé. Parmi les voitures de marques connues, seules Porsche et Subaru insistent encore sur l'utilisation de moteurs opposés horizontalement.
● Pourquoi le moteur fournit-il de la puissance en permanence ?
La raison pour laquelle le moteur peut fournir de la puissance en continu est due au fonctionnement cyclique ordonné des quatre temps d'admission, de compression, de puissance et d'échappement dans le cylindre.
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Pendant la course d'admission, lorsque le piston se déplace du point mort haut au point mort bas dans le cylindre, la soupape d'admission s'ouvre, la soupape d'échappement se ferme et l'air frais et le mélange d'essence sont aspirés dans le cylindre.
Pendant la course de compression, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées et le piston se déplace du point mort bas au point mort haut, comprimant le mélange de gaz vers le haut du cylindre pour augmenter la température du mélange de gaz et préparer la course motrice. .
Pendant la course motrice, la bougie d'allumage enflamme le gaz comprimé et le gaz mélangé "explose" dans le cylindre pour générer une pression énorme, poussant le piston du point mort haut au point mort bas et poussant le vilebrequin à tourner à travers la bielle. .
Pendant la course d'échappement, le piston se déplace du point mort bas au point mort haut. À ce moment-là, la soupape d'admission se ferme et la soupape d'échappement s'ouvre, et les gaz d'échappement brûlés sont évacués du cylindre par le collecteur d'échappement.
● La puissance du moteur provient d'explosions
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La puissance que le moteur peut générer provient en réalité de la « force explosive » présente dans le cylindre. Dans la chambre de combustion du cylindre scellé, la bougie d'allumage enflamme instantanément une certaine proportion de mélange d'essence et d'air au bon moment, ce qui produira une énorme force explosive. Le sommet de la chambre de combustion est fixe et la pression énorme force le piston à descendre. , poussant le vilebrequin à travers la bielle, puis transmet la puissance aux roues motrices via une série de mécanismes, et conduit enfin la voiture.
● Les bougies d'allumage sont les maîtres de la "détonation"
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Si vous souhaitez que "l'explosion" dans le cylindre soit plus puissante, un allumage rapide est très important et la bougie d'allumage dans le cylindre joue le rôle de "détonation". En fait, le principe de l’allumage par bougie d’allumage est quelque peu similaire à celui de la foudre. La tête de la bougie d'allumage possède une électrode centrale et une électrode latérale (par rapport à deux nuages d'ions de polarité opposée). Il existe un petit espace (appelé espace d’allumage) entre les deux électrodes. Lorsqu'il est sous tension, il peut produire des étincelles électriques allant jusqu'à plus de 10,000 volts, qui peuvent instantanément « faire exploser » le mélange de gaz dans la bouteille.
●La soupape d'admission est plus grande que la soupape d'échappement
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Afin d'« exploser » continuellement dans le cylindre, du nouveau carburant doit être introduit en permanence et les gaz d'échappement doivent être évacués à temps. Les soupapes d'admission et d'échappement jouent un rôle important dans ce processus. Les soupapes d'admission et d'échappement sont contrôlées par des cames pour effectuer les deux actions « d'ouverture » et de « fermeture » en temps opportun. Pourquoi les soupapes d'admission que vous voyez sont-elles toujours plus grandes que les soupapes d'échappement ? Étant donné que l'air d'admission est généralement aspiré par le vide et que l'échappement est comprimé pour expulser les gaz d'échappement, l'échappement est donc relativement plus facile que l'admission. Afin que plus d'air frais participe à la combustion, la soupape d'admission doit être plus grande pour obtenir plus d'admission d'air.
● Le nombre de vannes ne doit pas être trop important
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Si le moteur a plusieurs soupapes, le volume d'admission d'air est important à haut régime, l'échappement est propre et les performances du moteur sont meilleures (comme dans une salle de cinéma, s'il y a de nombreuses portes, il sera beaucoup plus facile d'entrer et dehors). Cependant, la conception à plusieurs soupapes est plus compliquée, en particulier la méthode de commande des soupapes, la structure de la chambre de combustion et la position des bougies d'allumage, qui doivent toutes être soigneusement disposées. Cela nécessite un processus de production élevé, des coûts de fabrication élevés et une maintenance ultérieure difficile. Par conséquent, le nombre de vannes ne doit pas être trop grand. Les moteurs courants ont 4 soupapes par cylindre (2 entrées et 2 sorties).
Analyse du principe des soupapes variables du moteur
Nous avons déjà découvert la structure de base et la source d'alimentation du moteur. En fait, la vitesse de fonctionnement réelle du moteur n'est pas statique, mais comme celle d'une personne qui court, parfois rapide et parfois douce, il est donc particulièrement important d'ajuster votre propre rythme respiratoire. Jetons un coup d'œil à la façon dont le moteur « respire ».
● Fonction de l'arbre à cames
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En termes simples, un arbre à cames est une tige métallique dotée de plusieurs cames en forme de disque. Quel rôle joue cette tige métallique dans le fonctionnement du moteur ? Il est principalement responsable de l’ouverture et de la fermeture des soupapes d’admission et d’échappement. L'arbre à cames continue de tourner, entraîné par le vilebrequin, et la came appuie en permanence sur la soupape (culbuteur ou tige de poussée), contrôlant ainsi l'ouverture et la fermeture de la soupape d'admission et de la soupape d'échappement.
●Que signifient OHV, OHC, SOHC et DOHC ?
Les lettres SOHC et DOHC sont souvent visibles sur le carter du moteur. Que signifient ces lettres ? OHV fait référence à la soupape en tête et à l'arbre à cames inférieur, ce qui signifie que l'arbre à cames est disposé au bas du cylindre et que les soupapes sont disposées en haut du cylindre. OHC fait référence à l'arbre à cames en tête, c'est-à-dire que l'arbre à cames est disposé sur le dessus du cylindre.
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S'il n'y a qu'un seul arbre à cames en haut du cylindre qui est responsable de l'ouverture et de la fermeture simultanées des soupapes d'admission et d'échappement, on parle d'un seul arbre à cames en tête (SOHC). S'il y a deux arbres à cames sur le dessus du cylindre chargés d'ouvrir et de fermer les soupapes d'admission et d'échappement, on parle d'arbre à cames en tête double (DACT).
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La came de l'arbre à cames inférieur et le culbuteur de soupape doivent être reliés par une bielle métallique. La came soulève la bielle et pousse le culbuteur pour ouvrir et fermer la soupape. Cependant, une vitesse de rotation trop élevée peut facilement provoquer la rupture de la tige d'éjection, c'est pourquoi cette conception est principalement utilisée dans les moteurs à grande cylindrée, à faible vitesse de rotation et à la recherche d'un couple élevé. L'arbre à cames en tête peut omettre la tige de poussée, ce qui simplifie le mécanisme de transmission de l'arbre à cames à la soupape et est plus adapté aux performances de puissance du moteur à haut régime. L'arbre à cames en tête est largement utilisé.
● Le rôle du mécanisme de distribution du gaz
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Le système de soupapes comprend principalement le train de distribution, l'arbre à cames et les composants de transmission des soupapes (soupapes, tiges de poussée, culbuteurs, etc.). Sa fonction principale est d'ouvrir et de fermer en temps opportun les soupapes d'admission et d'échappement de chaque cylindre en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. , de sorte que le gaz mélangé frais puisse remplir le cylindre à temps et que les gaz d'échappement puissent être évacués hors du cylindre à temps.
● Qu'est-ce que le calage des soupapes ? Pourquoi faut-il du temps ?
Le calage des soupapes peut être simplement compris comme le moment où la soupape s'ouvre et se ferme. Théoriquement, pendant la course d'admission, lorsque le piston passe du point mort haut au point mort bas, la soupape d'admission s'ouvre et la soupape d'échappement se ferme ; pendant la course d'échappement, lorsque le piston se déplace du point mort bas au point mort haut, la soupape d'admission se ferme et la soupape d'échappement s'ouvre.
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Alors pourquoi devons-nous être à l’heure ? En fait, dans le fonctionnement réel du moteur, afin d'augmenter la quantité d'air admis dans le cylindre, la soupape d'admission doit être ouverte à l'avance et fermée plus tard ; de même, afin d'évacuer les gaz d'échappement dans le nettoyeur de cylindre, la soupape d'échappement doit également être ouverte à l'avance et fermée plus tard. Arrêt différé pour garantir un fonctionnement efficace du moteur.
●Qu'est-ce que le calage variable des soupapes et la levée variable des soupapes ?
Lorsque le moteur tourne à grande vitesse, le temps d'aspiration et d'échappement de chaque cylindre au cours d'un cycle de travail est très court. Pour obtenir une efficacité de charge élevée, le temps d'aspiration et d'échappement du cylindre doit être prolongé, ce qui est une exigence. Augmentez l'angle de chevauchement des valves ; Lorsque le moteur tourne à bas régime, un angle de chevauchement excessif des soupapes entraînera facilement un reflux des gaz d'échappement vers l'arrière et le volume d'admission diminuera à la place, ce qui entraînera un ralenti instable du moteur et un faible couple à bas régime.
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Il est difficile pour le calage fixe des soupapes de répondre simultanément aux besoins des régimes moteur élevés et bas, c'est pourquoi le calage variable des soupapes a vu le jour. Le calage variable des soupapes peut être ajusté en fonction des différents régimes du moteur et des conditions de travail, de sorte que le moteur puisse atteindre une efficacité d'admission et d'échappement idéale à des régimes élevés et faibles.
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L'essence qui affecte la puissance du moteur est en fait liée à la quantité d'oxygène entrant dans le cylindre par unité de temps. Le système de calage variable des soupapes ne peut modifier que le temps d'ouverture et de fermeture de la soupape, mais ne peut pas modifier la quantité d'air admise par unité de temps. Le calage variable des soupapes Lift peut répondre à cette demande. Si la soupape du moteur est considérée comme une « porte » de la maison, le calage des soupapes peut être compris comme le moment où la « porte » s'ouvre, et la levée de soupape est équivalente à la taille de l'ouverture de la « porte ».
● Système de calage variable des soupapes Toyota VVT-i
Le système de calage variable des soupapes de Toyota a été largement utilisé. Le principe principal est d'installer un mécanisme hydraulique sur l'arbre à cames et, grâce au contrôle de l'ECU, d'ajuster le temps d'ouverture et de fermeture de la vanne dans une certaine plage d'angle, ou d'avancer, de retarder ou de rester le même.
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Le rotor extérieur du pignon de distribution de l'arbre à cames est relié à la chaîne de distribution (courroie) et le rotor intérieur est relié à l'arbre à cames. Le rotor externe peut entraîner indirectement le rotor interne via l'huile hydraulique, obtenant ainsi une avance ou un retard angulaire dans une certaine plage.
● Système de levée de soupape variable Honda i-VTEC
La structure et le principe de fonctionnement du système de levée de soupape variable i-VTEC de Honda ne sont pas compliqués. Cela peut être vu comme l'ajout d'un troisième culbuteur et d'un troisième arbre à cames à celui d'origine. Comment cela change-t-il la levée des soupapes ? On peut simplement comprendre que grâce à la séparation et à l'intégration de trois culbuteurs, la commutation des arbres à cames à angle élevé et faible est obtenue, modifiant ainsi la levée des soupapes.
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Lorsque le moteur est sous faible charge, les trois culbuteurs sont dans un état séparé. Les culbuteurs des deux côtés de la came à faible angle contrôlent l'ouverture et la fermeture de la soupape, et la levée de soupape est faible. Lorsque le moteur est soumis à une charge élevée, les trois culbuteurs sont combinés en un seul et la levée des soupapes est faible. La came d'angle entraîne le culbuteur intermédiaire et possède une grande levée de soupape.
● Système de levée variable des soupapes BMW Valvetronic
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Le système de levée variable des soupapes Valvetronic de BMW modifie principalement la levée des soupapes en ajoutant des composants tels que des arbres excentriques, des servomoteurs et des tiges de poussée intermédiaires à son mécanisme de soupape. Lorsque le moteur fonctionne, le mécanisme à vis sans fin entraîne la rotation de l'arbre excentrique, puis pousse la valve à travers la tige de poussée intermédiaire et le culbuteur. L'excentrique tourne à différents angles et l'arbre à cames pousse la soupape à travers la tige de poussée intermédiaire et le culbuteur pour produire différentes levées, contrôlant ainsi la levée de soupape.
● Système de levée de soupape variable Audi AVS
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Le système de levée de soupape variable AVS d'Audi modifie principalement la levée de soupape en commutant deux jeux de cames de hauteurs différentes sur l'arbre à cames. Son principe est très similaire à celui du i-VTEC de Honda, sauf que le système AVS est installé sur l'arbre à cames. Le manchon à rainure en spirale sur l'arbre à cames est utilisé pour déplacer l'arbre à cames vers la gauche et la droite, commutant ainsi les cames hautes et basses sur l'arbre à cames.
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Lorsque le moteur est soumis à une charge élevée, l'entraînement électromagnétique déplace l'arbre à cames vers la droite et passe à la came à angle élevé, augmentant ainsi la levée des soupapes ; lorsque le moteur est sous faible charge, l'entraîneur électromagnétique déplace l'arbre à cames vers la gauche et passe à la came à faible angle. , pour réduire la levée des soupapes.
Analyse du principe de l'injection directe dans le cylindre moteur
Alors que les exigences en matière d'énergie et de protection de l'environnement deviennent de plus en plus strictes, les moteurs doivent continuer à être améliorés et évolués pour répondre aux besoins des utilisateurs. Je pense que tout le monde connaît des termes tels que « injection directe dans le cylindre », « combustion stratifiée » et « cylindrée variable ». Comment travaillent-ils? Découvrons ensemble ci-dessous.
● Le piston et le vilebrequin sont-ils les plus « fatigants » ?
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Une fois démarré et en marche, la « tête » du piston sera soumise à une température et une pression élevées, et elle continuera à monter et descendre à grande vitesse. L'environnement de travail est très dur. On peut dire que le piston est le « cœur » du moteur, donc la précision de la production matérielle du piston a des exigences très élevées.
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Le vilebrequin sur lequel le piston marche est également inconfortable, car il doit tourner en permanence à grande vitesse. Le vilebrequin tourne des milliers de fois par minute et assume la tâche ardue d’entraîner la pompe à huile, le générateur, le compresseur de climatisation, l’arbre à cames et d’autres mécanismes. C'est l'arbre intermédiaire de puissance du moteur, il est donc aussi relativement « solide ».
● Comment transformer un mouvement linéaire en mouvement de rotation ?
Nous savons tous que le piston dans le cylindre monte et descend selon un mouvement linéaire, mais afin de produire la force de rotation qui fait avancer les roues, comment le mouvement linéaire est-il converti en mouvement de rotation ? En fait, cela a beaucoup à voir avec la structure du vilebrequin. L'arbre de bielle du vilebrequin et l'arbre principal ne sont pas sur la même ligne droite, mais sont disposés à l'opposé.
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Ce principe de mouvement me suit réellement
