車への理解を深めたいと思っても、車の構造の複雑さのせいでみんな諦めてしまう人も多いでしょう。 以下に、車の内部構造を写真で分析し、複雑な原理を理解しやすくする図解付きの自動車記事を用意しました。
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エンジンの構造タイプの分析
エンジンは人間の心臓と同じように車の動力源です。 しかし、人の心臓の大きさや構造はそれほど変わりませんが、車のエンジンの内部構造は大きく異なります。 では、エンジンの構造にはどのような違いがあるのでしょうか？ 以下で一緒に調べてみましょう。
●自動車の動力源
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車の動力源はエンジンであり、エンジンの力はシリンダー内から得られます。 エンジンのシリンダーは、燃料の内部エネルギーが運動エネルギーに変換される場所です。 簡単に理解すると、シリンダー内で燃料が燃焼し、大きな圧力が発生してピストンが上下し、その力がコンロッドを介してクランクシャフトに伝わり、最終的に回転運動に変換され、トランスミッションを介して伝達されます。ドライブシャフトと駆動輪に動力が伝達され、車は前に進みます。
●気筒数が多すぎないこと
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一般に、ほとんどの車には 4 気筒または 6 気筒エンジンが搭載されています。 エンジンの動力は主にシリンダーから得られるので、シリンダーの数は多ければ多いほど良いということでしょうか？ 実際、気筒数が増えるとエンジンを構成する部品も増えます。 それに伴いエンジンの構造も複雑になり、エンジンの信頼性も低下します。 さらに、エンジンの製造コストとその後のメンテナンスコストも増加します。 したがって、自動車エンジンのシリンダー数は、エンジンの用途と性能要件に基づいて、包括的なトレードオフの後に選択されます。 V12、W12、W16 などのエンジンは、少数の高性能車にのみ使用されます。
●V型エンジン構造
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実際、V 字型エンジンを簡単に理解すると、隣接するシリンダーが特定の角度でグループ化されているということになります。 横から見るとV字型に見える、V字型のエンジンです。 V型エンジンは直列エンジンに比べて高さと全長が低くなり、エンジンカバーを低くすることができ、空力要件を満たすことができます。 V型エンジンはシリンダーが反対方向に斜めに配置されており、振動の一部を相殺することができます。 ただし、シリンダーヘッドを2つ使用する必要があり、構造が比較的複雑になるのが欠点です。 エンジンの高さは低くなりましたが、その分幅も広くなり、固定スペースのエンジンルーム内に他の機器を搭載することが困難になりました。
●W型エンジン構造
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V 型エンジンの両側のシリンダーが小さな角度で千鳥状に配置され、W 型エンジンを形成しています。 W型エンジンはV型エンジンに比べてクランクシャフトを短くでき、重量を軽くできるのが利点ですが、その分全幅も広くなり、エンジンルームが埋まりやすくなります。 欠点は、W型エンジンは構造的に2つの部分に分かれており、構造が複雑で、運転時の振動が大きいため、採用されている車両が少ないことです。
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●水平対向エンジン構造
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水平対向エンジンは、隣り合う気筒が互いに向かい合うように配置されています（ピストンの底部が外側を向いています）。 2つのシリンダー間の角度は180度ですが、180度のV型エンジンとは本質的に異なります。 水平対向エンジンは、クランク ピンを共有せず (つまり、1 つのピストンが 1 つのクランク ピンにのみ接続されている)、対向するピストンの運動方向が逆であるという点で直列エンジンと似ていますが、180 度の V-タイプのエンジンはその逆です。 水平対向エンジンの利点は、振動をうまく相殺し、エンジンをよりスムーズに回転させることができることです。 重心が低く、空力要件を満たすために車の前部を低く設計できます。 動力出力軸の方向と伝達軸の方向が一致しており、動力伝達の効率が高くなります。 短所：構造が複雑でメンテナンスが面倒。 生産プロセスは要求が厳しく、生産コストは高くなります。 有名ブランド車の中で、いまだに水平対向エンジンにこだわっているのはポルシェとスバルだけだ。
●なぜエンジンは動力を供給し続けるのですか？
エンジンが継続的にパワーを供給できるのは、シリンダー内で吸気、圧縮、動力、排気の4つの行程が規則的に周期的に動作するためです。
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吸気行程中、ピストンがシリンダー内で上死点から下死点に移動すると、吸気バルブが開き、排気バルブが閉じ、新気とガソリンの混合気がシリンダー内に吸い込まれます。
圧縮行程では、吸気バルブと排気バルブが閉じ、ピストンが下死点から上死点に移動して混合ガスをシリンダー上部まで圧縮し、混合ガスの温度を上げてパワー行程に備えます。 。
パワーストローク中、スパークプラグが圧縮ガスに点火し、混合ガスがシリンダー内で「爆発」して巨大な圧力が発生し、ピストンを上死点から下死点まで押し、コネクティングロッドを介してクランクシャフトを押して回転させます。 。
排気行程中、ピストンは下死点から上死点まで移動します。 このとき、吸気バルブが閉じ、排気バルブが開き、燃焼した排気ガスはエキゾーストマニホールドを通ってシリンダー外に排出される。
● エンジンの動力は爆発から得られます
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エンジンが生み出すパワーは、実際にはシリンダー内の「爆発力」によってもたらされます。 密閉されたシリンダー燃焼室内で、点火プラグが適切なタイミングで一定割合のガソリンと空気の混合物に点火し、巨大な爆発力を生み出します。 燃焼室の上部は固定されており、巨大な圧力によりピストンが下方に移動します。 、コンロッドを介してクランクシャフトを押し、一連の機構を介して駆動輪に動力を伝達し、最終的に車を駆動します。
●スパークプラグは「爆発」の達人です。
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シリンダー内の「爆発」をより強力にするには、タイミングよく点火することが非常に重要で、シリンダー内の点火プラグは「爆轟」の役割を果たします。 実際、スパークプラグの点火原理は雷の原理と似ています。 スパーク プラグのヘッドには、中心電極と側面電極があります (反対極性のイオンを含む 2 つの雲に対して)。 2 つの電極間には小さなギャップ (点火ギャップと呼ばれます) があります。 通電すると、最大 10,000 ボルトを超える電気火花が発生し、シリンダー内の混合ガスを瞬時に「爆発」させることができます。
●吸気バルブは排気バルブより大きい
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シリンダー内で継続的に「爆発」するには、新しい燃料を継続的に注入し、排気ガスを適時に排出する必要があります。 このプロセスでは吸気バルブと排気バルブが重要な役割を果たします。 吸気バルブと排気バルブはカムによって制御され、「開く」「閉じる」という2つの動作をタイミングよく行います。 吸気バルブが常に排気バルブよりも大きいのはなぜですか? 一般的に吸気はバキュームで吸い込み、排気は絞って排気ガスを押し出すため、吸気よりも排気の方が比較的楽です。 より多くの新鮮な空気を燃焼に参加させるには、吸気バルブを大きくしてより多くの空気を取り込む必要があります。
●バルブの数が多すぎないこと
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エンジンが複数のバルブを持っていると、高速での吸気量が多く、排気がきれいで、エンジンの性能が良くなります（映画館と同じで、出入り口がたくさんあると、非常に入りやすくなり、外）。 しかし、マルチバルブの設計はより複雑で、特にバルブの駆動方法、燃焼室の構造、点火プラグの位置などすべてを慎重に調整する必要があります。 これには、高度な製造プロセス、高い製造コスト、および後のメンテナンスが困難になります。 したがって、バルブの数は多すぎてはなりません。 一般的なエンジンには、シリンダーごとに 4 つのバルブ (2 つのインと 2 つのアウト) があります。
エンジン可変バルブ原理の解析
エンジンの基本的な構造と動力源についてはすでに学習しました。 実際、エンジンの実際の回転速度は一定ではなく、人間が走っているのと同じように、時には速く、時には穏やかに動くため、自分の呼吸リズムを調整することが特に重要です。 エンジンがどのように「呼吸」するのかを見てみましょう。
●カムシャフトの働き
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簡単に言うと、カムシャフトは複数の円盤状のカムを備えた金属棒です。 この金属棒はエンジンの動作においてどのような役割を果たしているのでしょうか? 主に吸気バルブと排気バルブの開閉を担当します。 クランクシャフトの駆動によりカムシャフトが回転し続け、カムがバルブ（ロッカーアームやプッシュロッド）を押し続けることで、吸気バルブや排気バルブの開閉を制御します。
●OHV、OHC、SOHC、DOHCとは何ですか？
エンジンのケーシングにはSOHCやDOHCという文字がよく見られます。 これらの文字は何を意味しますか? OHVとはオーバーヘッドバルブ＆ボトムカムシャフトのことで、カムシャフトがシリンダーの下部に、バルブがシリンダーの上部に配置されることを意味します。 OHCとはオーバーヘッドカムシャフトのことで、シリンダーの上部にカムシャフトが配置されています。
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吸気バルブと排気バルブを同時に開閉する役割を担うカムシャフトがシリンダーの上部に 1 本だけある場合、それはシングル オーバーヘッド カムシャフト (SOHC) と呼ばれます。 シリンダーの上部に吸気バルブと排気バルブの開閉を担当する2本のカムシャフトがある場合、それはダブルオーバーヘッドカムシャフト（DOHC）と呼ばれます。
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ボトムカムシャフトのカムとバルブロッカーアームは金属製コンロッドで接続する必要があります。 カムはコンロッドを持ち上げ、ロッカーアームを押してバルブを開閉します。 ただし、回転数が高すぎるとエジェクターロッドが破損しやすくなるため、大排気量、低回転、大トルクを追求したエンジンに多く採用されています。 オーバーヘッドカムシャフトはプッシュロッドを省略できるため、カムシャフトからバルブまでの伝達機構が簡素化され、エンジンの高速回転時の動力性能に適しています。 オーバーヘッドカムシャフトは広く使用されています。
●ガス分配機構の役割
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バルブトレインには、主にタイミングギアトレイン、カムシャフト、バルブトランスミッションコンポーネント（バルブ、プッシュロッド、ロッカーアームなど）が含まれます。 その主な機能は、エンジンの作動状況に応じて各シリンダーの吸気バルブと排気バルブを適時に開閉することです。 、新鮮な混合ガスが適時にシリンダーを満たすことができ、排気ガスが適時にシリンダーの外に排出されることができます。
●バルブタイミングとは何ですか？ なぜタイミングが必要なのでしょうか?
いわゆるバルブタイミングとは、簡単に言うとバルブが開閉する瞬間と理解できます。 理論的には、吸気行程中、ピストンが上死点から下死点に移動すると、吸気バルブが開き、排気バルブが閉じます。 排気行程中、ピストンが下死点から上死点に移動すると、吸気バルブが閉じ、排気バルブが開きます。
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では、なぜ時間厳守する必要があるのでしょうか? 実際、実際のエンジン運転では、シリンダー内に吸入する空気量を増やすために、吸気バルブを先に開いて、後で閉じる必要があります。 同様に、シリンダクリーナ内の排気ガスを排出するには、排気バルブも先に開いて後で閉じる必要がある。 効率的なエンジン動作を確保するためにシャットダウンを遅らせます。
●可変バルブタイミング、可変バルブリフトとは何ですか？
エンジンが高速回転すると、1作動サイクルにおける各シリンダーの吸排気時間は非常に短くなります。 高い充填効率を実現するには、シリンダの吸排気時間を長くする必要があり、これが要求される。 バルブのオーバーラップ角度を大きくします。 エンジン低速時、バルブオーバーラップ角が大きすぎると排気ガスが逆流しやすくなり、かえって吸入量が減少し、アイドリングが不安定になり低速トルクが低下します。
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固定バルブタイミングではエンジンの高回転と低回転の両方のニーズに同時に応えることが難しいため、可変バルブタイミングが登場しました。 エンジン回転数や作動条件に応じて可変バルブタイミングを調整することで、高速時から低速時まで理想的な吸排気効率を実現します。
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エンジンの出力に影響を与える本質は、実際には単位時間あたりにシリンダーに入る酸素の量に関係しています。 可変バルブタイミングシステムはバルブの開閉時間を変えるだけで、単位時間当たりの吸入空気量を変えることはできません。 可変バルブタイミングリフトはこの要求に応えることができます。 エンジンのバルブを家の「ドア」に見立てると、バルブタイミングは「ドア」が開くタイミングであり、バルブリフトは「ドア」の開口部の大きさに相当します。
●トヨタ VVT-i 可変バルブタイミングシステム
トヨタの可変バルブタイミングシステムは広く普及しています。 主な原理は、カムシャフトに油圧機構を取り付け、ECUの制御によりバルブの開閉時間を一定の角度範囲内で進めたり、遅らせたり、そのままに調整することです。
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カムシャフトのタイミングギアのアウターロータはタイミングチェーン（ベルト）に接続され、インナーロータはカムシャフトに接続されています。 アウターロータは作動油を介して間接的にインナーロータを駆動することができ、それにより一定の範囲内で進角または遅角を実現します。
●Honda i-VTEC 可変バルブリフトシステム
ホンダの可変バルブリフトシステム i-VTEC の構造と動作原理は複雑ではありません。 これは、オリジナルのものに 3 番目のロッカー アームと 3 番目のカムシャフトを追加したものと見ることができます。 バルブリフトはどのように変化するのでしょうか？ 単純に考えれば、３本のロッカーアームを分離・一体化することにより、ハイアングルカムシャフトとローアングルカムシャフトを切り替え、バルブリフト量を変化させることができる。
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エンジンの低負荷時には、３つのロッカーアームが分離した状態となる。 ローアングルカムの両側にあるロッカーアームでバルブの開閉を制御しており、バルブリフトは小さい。 エンジンが高負荷になると、3本のロッカーアームが1本に結合し、バルブリフトが小さくなります。 アングルカムは中間ロッカーアームを駆動し、大きなバルブリフト量を実現します。
●BMW Valvetronic 可変バルブリフトシステム
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BMW のバルブトロニック可変バルブ リフト システムは、主にバルブ機構に偏心シャフト、サーボ モーター、中間プッシュ ロッドなどのコンポーネントを追加することでバルブ リフトを変更します。 モーターが作動すると、ウォームギア機構が偏心シャフトを駆動して回転し、中間プッシュロッドとロッカーアームを介してバルブを押します。 エキセントリックはさまざまな角度で回転し、カムシャフトが中間プッシュロッドとロッカーアームを介してバルブを押してさまざまなリフトを生成し、それによってバルブリフトを制御します。
●アウディAVS可変バルブリフトシステム
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アウディのAVS可変バルブリフトシステムは、主にカムシャフト上の高さの異なる2組のカムを切り替えることでバルブリフト量を変化させます。 その原理はホンダのi-VTECと非常に似ていますが、AVSシステムがカムシャフトに取り付けられている点が異なります。 カムシャフトの螺旋溝スリーブは、カムシャフトを左右に移動させることにより、カムシャフトのハイカムとローカムを切り替えるために使用されます。
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エンジンが高負荷になると、電磁ドライバーがカムシャフトを右に移動させてハイアングルカムに切り替え、バルブリフトを増加させます。 エンジンが低負荷になると、電磁ドライバーがカムシャフトを左に動かし、ローアングルカムに切り替わります。 、バルブリフトを低減します。
エンジンシリンダー内直噴原理の解析
エネルギーと環境保護の要件がますます厳しくなるにつれて、エンジンは人々のニーズを満たすためにアップグレードおよび進化し続ける必要があります。 「筒内直噴」「成層燃焼」「可変排気量」といった言葉は皆さんもよくご存じかと思います。 それらはどのように機能するのでしょうか? 以下で一緒に調べてみましょう。
●最も「疲れる」のはピストンとクランクシャフトですか？
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走り始めるとピストンの「頭」部分は高温高圧を受け、高速で上下運動を続けます。 労働環境は非常に厳しいです。 ピストンはエンジンの「心臓部」とも言えるため、ピストンの材料製作精度には非常に高い要求が求められます。
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クランクシャフトは高速で回転し続ける必要があるため、ピストンに踏まれるのも不快です。 クランクシャフトは毎分数千回回転し、オイルポンプ、発電機、エアコンコンプレッサー、カムシャフト、その他の機構を駆動するという大変な仕事を担っています。 エンジンパワーの中間軸なので比較的「強い」というのもあります。
●直線運動を回転運動に変えるには？
シリンダー内のピストンが直線運動で上下することはよく知られていますが、車輪を前進させる回転力を出力するには、どのようにして直線運動を回転運動に変換するのでしょうか？ 実はこれにはクランクシャフトの構造が大きく関係しています。 クランクシャフトのコンロッド軸とメインシャフトは同一直線上ではなく、逆向きに配置されています。
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この運動原理は実際に私に従っています
