Motor de combustió interna

De WikiLingua.net

Per als tipus de motor que utilitzen la propulsión a doll vegi's coet.
Motor antiguo, de aviación, con disposición radial de los pistones.
Motor antic, d'aviació, amb disposició radial dels pistones.

Un motor de combustió interna és un tipus de màquina que obté energia mecànica directament de l'energia química produïda per un combustible que crema dintre d'una càmera de combustió, la part principal d'un motor. S'utilitzen motors de combustió interna de quatre tipus:

  • El motor cíclico Otto, el nom del qual prové del tècnic alemany que ho va inventar, Nikolaus August Otto, és el motor convencional de gasolina que s'empra en automoción i aeronàutica.
  • El motor diésel, cridat així en honor de l'enginyer alemany nascut a França Rudolf Diesel, funciona amb un principi diferent i sol consumir gasoli. S'empra en instal·lacions generadoras d'energia elèctrica, en sistemes de propulsión naval, en camions, autobusos i automòbils. Tant els motors Otto com els diésel es fabriquen en models de dos i quatre temps.
  • El motor rotatorio.
  • La turbina de combustió.

Taula de continguts

Història

Els primers motors de combustió interna no tenien compressió, sinó van funcionar en la barreja d'aire i combustible aspirada o bufada endins durant la primera part del moviment del producte. La distinció més significativa entre els motors de combustió interna moderns i els dissenys antics és l'ús de la compressió.

Estructura i funcionament

Els motors Otto i els diésel tenen els mateixos elements principals.

Càmera de combustió

La càmera de combustió és un cilindre, pel general fix, tancat en un extrem i dintre del com es llisca un pistón molt ajustat a l'interior. La posició cap a dintre i cap a fora del pistón modifica el volum que existeix entre la cara interior del pistón i les parets de la càmera. La cara exterior del pistón està unida per un eix al cigüeñal, que converteix en moviment rotatorio el moviment lineal del pistón.

En els motors de diversos cilindres el cigüeñal té una posició de partida, cridada espiga de cigüeñal i connectada a cada eix, amb el que l'energia produïda per cada cilindre s'aplica al cigüeñal en un punt determinat de la rotació. Els cigüeñales expliquen amb pesats volants i contrapesos la inèrcia dels quals redueix la irregularitat del moviment de l'eix. Un motor pot tenir d'1 a 28 cilindres.

Sistema de bombament

Correa o cadena de distribución.
Corretja o cadena de distribució.

El sistema de bombament de combustible d'un motor de combustió interna consta d'un dipòsit, una bomba de combustible i un dispositiu que vaporiza o atomiza el combustible líquid. Es diu carburador al dispositiu utilitzat a aquest efecte en els motors Otto. En els motors de diversos cilindres el combustible vaporizado es condueix als cilindres a través d'un tub ramificado anomenat col·lector d'admissió. Molts motors expliquen amb un col·lector d'escapi o d'expulsió, que transporta els gasos produïts en la combustió.

Sistema d'alimentació

Válvulas y árbol de levas.
Vàlvules i arbre de levas.

Cada cilindre pren el combustible i expulsa els gasos a través de vàlvules de cabezal o vàlvules deslizantes. Un moll manté tancades les vàlvules fins que s'obren en el moment adient, a l'actuar les levas d'un arbre de levas rotatorio mogut pel cigüeñal, estant el conjunt coordinat mitjançant la corretja de distribució. En la dècada de 1980, aquest sistema d'alimentació d'una barreja d'aire i combustible s'ha vist desplaçat per altres sistemes més elaborats ja utilitzats en els motors diésel. Aquests sistemes, controlats per computadora, augmenten l'estalvi de combustible i redueixen l'emissió de gasos tòxics.

Encès

Tapa del distribuidor.
Tapa del distribuïdor.

Tots els motors han de disposar d'una forma d'iniciar la ignición del combustible dintre del cilindre. Per exemple, el sistema d'ignición dels motors Otto, existeix un component anomenat bobina d'encès, el qual és un acte-transformador d'alt voltatge al com se li connecta un conmutador que interromp el corrent del primari perquè s'indueixi l'espurna d'alt voltatge en el secundari. Dites espurnes estan sincronitzades amb l'etapa de compressió de cadascun dels cilindres; l'espurna és dirigida al cilindre específic de la seqüència utilitzant un distribuïdor rotatiu i uns cables de grafito que dirigeixen la descarrega d'alt voltatge a la bujía. El dispositiu que produeix la ignición és la bujía, un conductor fixat a la paret superior de cada cilindre.

Si la bobina està en mal estat se sobrecalienta; això produeix pèrdua d'energia, aminora l'espurna de les bujías i causa fallades en el sistema d'encès de l'automòbil.

La bujía conté en un dels seus extrems dos electrodos separats entre els quals el corrent d'alt voltatge produeix un arc elèctric que encén el combustible dintre del cilindre.

Refrigeració

Atès que la combustió produeix calor, tots els motors han de disposar d'algun tipus de sistema de refrigeració. Alguns motors estacionarios d'automòbils i d'avions i els motors fueraborda es refrigeran amb aire. Els cilindres dels motors que utilitzen aquest sistema expliquen en l'exterior amb un conjunt de làmines de metall que emeten la calor produïda dintre del cilindre. En altres motors s'utilitza refrigeració per aigua, el que implica que els cilindres es troben dintre d'una carcasa plena d'aigua que en els automòbils es fa circular mitjançant una bomba. L'aigua es refrigera al passar per les làmines d'un radiador. És important que el líquid que s'usa per a refredar el motor no sigui aigua comuna i corrent perquè els motors de combustió treballen regularment a temperatures més altes que la temperatura d'ebullición de l'aigua, això provoca una alta pressió en el sistema de refredament donant lloc a falles en els empaques i segells d'aigua així com en el radiador; s'usa un anticongelante doncs no hierve a la mateixa temperatura que l'aigua, si no a molt més alta temperatura, tampoc es congelarà a temperatures molt baixes.

Una altra raó per la qual es deu usar un anticongelante és que aquest no produeix sarro ni sedimentos que s'adhereixen en les parets del motor i del radiador formant una capa aïllant que disminuirà la capacitat de refredament del sistema. En els motors navals s'utilitza aigua del mar per a la refrigeració.

Sistema d'arrencada

Al contrari que els motors i les turbinas de vapor, els motors de combustió interna no produeixen un parell de forces quan arrenquen (vegi's Moment de força), el que implica que ha de provocar-se el moviment del cigüeñal perquè es pugui iniciar el cicle. Els motors d'automoción utilitzen un motor elèctric (el motor d'arrencada) connectat al cigüeñal per un embrague automàtic que es desacopla quan arrenca el motor. D'altra banda, alguns motors petits s'arrenquen a mà girant el cigüeñal amb una cadena o llençant d'una corda que s'enrolla al voltant del volant del cigüeñal. Altres sistemes d'encès de motors són els iniciadores d'inèrcia, que acceleren el volant manualment o amb un motor elèctric fins que té la velocitat suficient com per a moure el cigüeñal; els iniciadores explosius, que utilitzen l'explosió d'un cartutx per a moure una turbina acoblada al motor; oxigen per a alimentar les càmeres de combustió en els primers moviments (grans motors). Els iniciadores d'inèrcia i els explosius s'utilitzen sobretot per a arrencar motors d'avions.

Tipus de motors

Motor convencional del tipus Otto

Article principal: Cicle Otto
Motor de 4 tiempos

El motor convencional del tipus Otto és de quatre temps. L'eficiència dels motors Otto moderns es veu limitada per diversos factors, entre uns altres la pèrdua d'energia per la fricció i la refrigeració.

En general, l'eficiència d'un motor d'aquest tipus depèn del grau de compressió. Aquesta proporció sol ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la majoria dels motors Otto moderns. Es poden utilitzar proporcions majors, com de 12 a 1, augmentant així l'eficiència del motor, però aquest disseny requereix la utilització de combustibles d'alt índex d'octano. L'eficiència mitja d'un bon motor Otto és d'un 20 a un 25%: només la quarta part de l'energia calorífica es transforma en energia mecànica.

Motors diésel

Article principal: Motor diésel

En teoria, el cicle diésel difereix del cicle Otto en què la combustió té lloc en aquest últim a volum constant en lloc de produir-se a una pressió constant. La majoria dels motors diésel tenen també quatre temps, si bé les fases són diferents de les dels motors de gasolina.

En la primera fase s'absorbeix aire cap a la càmera de combustió. En la segona fase, la fase de compressió, l'aire es comprimeix a una fracció del seu volum original, la qual cosa fa que es calent fins a uns 440 ºC. Al final de la fase de compressió s'injecta el combustible vaporizado dintre de la càmera de combustió, produint-se l'encès a causa de l'alta temperatura de l'aire. En la tercera fase, la fase de potència, la combustió empeny el pistón cap a enrere, transmetent l'energia al cigüeñal. La quarta fase és, igual que en els motors Otto, la fase d'expulsió.

Alguns motors diésel utilitzen un sistema auxiliar d'ignición per a encendre el combustible per a arrencar el motor i mentre aconsegueix la temperatura adient.

L'eficiència dels motors diésel depèn, en general, dels mateixos factors que els motors Otto, i és major que en els motors de gasolina, arribant a superar el 40%. Aquest valor s'assoleix amb un grau de compressió de 14 a 1, sent necessària una major robustez, i els motors diésel són, pel general, més pesats que els motors Otto. Aquest desavantatge es compensa amb una major eficiència i el fet d'utilitzar combustibles més barats.

Els motors diésel solen ser motors lents amb velocitats de cigüeñal de 100 a 750 revolucions per minut (rpm o r/min), mentre que els motors Otto treballen de 2.500 a 5.000 rpm. No obstant, en l'actualitat, alguns tipus de motors diésel treballen a velocitats similars que els motors de gasolina, però pel general amb majors cilindradas a causa del baix rendiment del gas oil respecte a la gasolina.

Motor de dos temps

Article principal: Motor de dos temps

Amb un disseny adient pot aconseguir-se que un motor Otto o diésel funcioni a dos temps, amb un temps de potència cada dues fases en lloc de cada quatre fases. L'eficiència d'aquest tipus de motors és menor que la dels motors de quatre temps, però al necessitar només dos temps per a realitzar un cicle complet, produeixen més potència que un motor quatre temps de la mateixa grandària.

El principi general del motor de dos temps és la reducció de la durada dels períodes d'absorció de combustible i d'expulsió de gasos a una part mínima d'un dels temps, en lloc que cada operació requereixi un temps complet. El disseny més simple de motor de dos temps utilitza, en lloc de vàlvules de cabezal, les vàlvules deslizantes o orificis (que queden exposats al desplaçar-se el pistón cap a enrere). En els motors de dos temps la barreja de combustible i aire entra en el cilindre a través de l'orifici d'aspiració quan el pistón està en la posició més allunyada del cabezal del cilindre. La primera fase és la compressió, en la qual s'encén la càrrega de barreja quan el pistón arriba al final de la fase. A continuació, el pistón es desplaça cap a enrere en la fase d'explosió, obrint l'orifici d'expulsió i permetent que els gasos surtin de la càmera.

Motor Wankel

Article principal: Motor Wankel
Motor Wankel

En la dècada de 1950, l'enginyer alemany Félix Wankel va completar el desenvolupament d'un motor de combustió interna amb un disseny revolucionari, actualment conegut com Motor Wankel. Utilitza un rotor triangular-lobular dintre d'una càmera ovalada, en lloc d'un pistón i un cilindre.

La barreja de combustible i aire és absorbida a través d'un orifici d'aspiració i queda atrapada entre una de les cares del rotor i la paret de la càmera. La rotació del rotor comprimeix la barreja, que s'encén amb una bujía. Els gasos s'expulsen a través d'un orifici d'expulsió amb el moviment del rotor. El cicle té lloc una vegada en cadascuna de les cares del rotor, produint tres fases de potència en cada gir.

El motor de Wankel és compacte i lleuger en comparació dels motors de pistones, pel que va guanyar importància durant la crisi del petroli en les dècades de 1970 i 1980. A més, funciona gairebé sense vibracions i la seva senzillesa mecànica permet una fabricació barata. No requereix molta refrigeració, i el seu centre de gravetat baix augmenta la seguretat en la conducció. No obstant excepte alguns exemples pràctics com alguns vehicles Mazda, ha tingut problemes de durabilidad.

Motor de càrrega estratificada

Una variant del motor d'encès amb bujías és el motor de càrrega estratificada, dissenyat per a reduir les emissions sense necessitat d'un sistema de recirculación dels gasos resultants de la combustió i sense utilitzar un catalitzador. La clau d'aquest disseny és una càmera de combustió doble dintre de cada cilindre, amb una antecámara que conté una barreja rica de combustible i aire mentre la càmera principal conté una barreja pobra. La bujía encén la barreja rica, que al seu torn encén la de la càmera principal. La temperatura màxima que s'aconsegueix és suficient com per a impedir la formació d'óxidos de nitrogen, mentre que la temperatura mitja és la suficient per a limitar les emissions de monòxid de carboni i hidrocarburs.

Vegi's també

Enllaços externs