Dispositiu de motor de combustió interna

Durant un segle, el motor de combustió interna s’ha utilitzat en motocicletes, turismes i camions. Fins ara, continua sent el tipus de motor més econòmic. Però, per a molts, el principi de funcionament i el dispositiu del motor de combustió interna encara no estan clars. Intentem comprendre les principals complexitats i especificitats de l'estructura del motor.

📌Definició i característiques generals

Una característica clau de qualsevol motor de combustió interna és l’encesa d’una mescla combustible directament a la cambra de treball i no en suports externs. En el moment de la combustió del combustible, l’energia tèrmica rebuda provoca el funcionament dels components mecànics del motor.

📌Crear història

Abans de l’aparició dels motors de combustió interna, els vehicles autopropulsats estaven equipats amb motors de combustió externa. Aquestes unitats funcionaven a partir de la pressió de vapor generada escalfant l'aigua en un dipòsit separat.

El disseny d’aquests motors era gran i ineficaç; a més del gran pes de la instal·lació, per superar distàncies llargues, el transport també havia de treure un subministrament decent de combustible (carbó o llenya).

Davant d'aquesta manca, enginyers i inventors van intentar resoldre una qüestió important: com combinar el combustible amb el cos de la unitat de potència. Eliminant elements del sistema com una caldera, un dipòsit d’aigua, un condensador, un evaporador, una bomba, etc. era possible reduir significativament el pes del motor.

La creació d'un motor de combustió interna de la forma familiar per a un automobilista modern es va produir gradualment. A continuació, es detallen les principals fites que van conduir a l’aparició del modern motor de combustió interna:

• 1791 John Barber inventa una turbina de gas que funciona destil·lant petroli, carbó i fusta en rèpliques. El gas resultant, juntament amb l'aire, va ser bombat a la cambra de combustió per un compressor. El gas calent resultant a pressió es subministrava al rotor del rotor i el feia girar.
• 1794 Robert Street patentà un motor de combustible líquid.
• 1799. Philippe Le Bon com a resultat de la piròlisi del petroli rep gas luminescent. El 1801 proposa utilitzar-lo com a combustible per a motors de gas.
• 1807 François Isaac de Rivaz: patent sobre "l'ús de materials explosius com a font d'energia en els motors". Sobre la base del desenvolupament, crea una "tripulació autopropulsada".
• 1860 Etienne Lenoir va ser pionera en els primers invents creant un motor viable alimentat per una barreja d’il·luminació de gas i aire. El mecanisme es va posar en marxa amb una espurna procedent d’una font d’energia externa. La invenció es va utilitzar en vaixells, però no es va instal·lar en vehicles autopropulsats.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha revela la importància de comprimir el combustible abans d’encendre’l, cosa que va servir per crear una teoria del funcionament d’un motor de combustió interna de quatre temps (admissió, compressió, combustió amb expansió i alliberament).
• 1877 Nikolaus Otto crea el primer motor de combustió interna de quatre temps de 12 CV.
• 1879 Karl Benz patentà el motor de dos temps.
• Anys 1880. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach i Gottlieb Daimler desenvolupen simultàniament modificacions del carburador del motor de combustió interna, preparant-les per a la producció en massa.

A més dels motors de gasolina, el Trinkler Motor va aparèixer el 1899. Aquesta invenció és un altre tipus de motor de combustió interna (motor d’oli d’alta pressió sense compressor), que funciona segons el principi de la invenció de Rudolf Diesel. Amb els anys, les unitats de potència, tant de gasolina com dièsel, han millorat, cosa que ha augmentat la seva eficiència.

📌Tipus de motors de combustió interna

Pel tipus de disseny i les característiques específiques del funcionament del motor de combustió interna, es classifiquen segons diversos criteris:

• Pel tipus de combustible utilitzat: gasoil, gasolina i gas.
• Segons el principi de refrigeració: líquid i aire.
• Depenent de la disposició dels cilindres: en línia i en forma de V.
• Segons el mètode de preparació de la mescla de combustible: carburador, gas i injecció (es formen mescles a la part exterior del motor de combustió interna) i dièsel (a la part interna).
• Segons el principi d’encesa de la mescla de combustible, amb ignició forçada i autoignició (típic per a les unitats dièsel).

Els motors també es distingeixen pel disseny i l'eficiència del treball:

• Pistó, en què la cambra de treball es troba als cilindres. Val la pena tenir en compte que aquests motors de combustió interna es divideixen en diverses subespècies:
  • carburador (el carburador és responsable de crear una barreja de treball enriquida);
  • injecció (la barreja es subministra directament al col·lector d'admissió a través dels brocs);
  • dièsel (l’encesa de la barreja es produeix a causa de la creació d’alta pressió a l’interior de la cambra).
  • Rotó-pistó, caracteritzat per la conversió d’energia tèrmica en energia mecànica a causa de la rotació del rotor juntament amb el perfil. El treball del rotor, el moviment del qual s'assembla a una forma de 8-ku, substitueix completament les funcions dels pistons, la sincronització i el cigonyal.
  • Turbina de gas, en què el motor és impulsat per l’energia tèrmica obtinguda en fer girar un rotor amb pales semblants a una fulla. Condueix l’eix de la turbina.

La teoria, a simple vista, sembla clara. Vegem ara els components principals del grup motriu.

📌 Dispositiu ICE

El disseny de la carrosseria inclou els components següents:

• bloc de cilindres;
• mecanisme de manovella;
• mecanisme de distribució de gas;
• sistemes de subministrament i d’encesa d’una mescla combustible i eliminació de productes de combustió (gasos d’escapament).

Per entendre la ubicació de cada component, tingueu en compte el diagrama d’estructura del motor:

El número 6 indica la ubicació on es troba el cilindre. És un dels components clau del motor de combustió interna. Dins del cilindre hi ha un pistó, designat pel número 7. Està unit a la biela i al cigonyal (al diagrama, designats pels números 9 i 12, respectivament). Moure el pistó cap amunt i cap avall dins del cilindre provoca la formació de moviments de rotació del cigonyal. Al final del timó, hi ha un volant mostrat al diagrama sota el número 10. És necessari per a una rotació uniforme de l’eix. La part superior del cilindre està equipada amb un cap dens, que disposa de vàlvules per a la presa de mescla i els gasos d’escapament. Es mostren al número 5.

L'obertura de les vàlvules es fa possible gràcies a les lleves de l'arbre de lleves, designades amb el número 14, o millor dit, els seus elements de transmissió (número 15). La rotació de l'arbre de lleves és proporcionada pels engranatges del cigonyal, indicats amb el número 13. Quan el pistó es mou lliurement al cilindre, és capaç d'assumir dues posicions extremes.

El funcionament normal del motor de combustió interna només es pot assegurar mitjançant un subministrament uniforme de la mescla de combustible en el moment adequat. Per reduir els costos de funcionament del motor per a la dissipació de calor i evitar el desgast prematur dels components motrius, es lubriquen amb oli.

📌El principi del motor de combustió interna

Els motors de combustió interna moderns funcionen amb el combustible que s’encén a l’interior dels cilindres i l’energia que en prové. Es proporciona una barreja de gasolina i aire a través de la vàlvula d’admissió (en molts motors n’hi ha dos per cilindre). Al mateix lloc, s’encén per l’espurna que es forma bugia... En el moment d’una miniexplosió, els gasos de la cambra de treball s’expandeixen creant pressió. Condueix el pistó connectat al KShM.

Els motors dièsel funcionen amb un principi similar, només el procés de combustió s’inicia d’una manera lleugerament diferent. Inicialment, l’aire del cilindre es comprimeix, cosa que fa que s’escalfi. Abans que el pistó arribi a TDC en la carrera de compressió, l'injector atomitza el combustible. A causa de l’aire calent, el combustible s’encén per si sol sense espurna. A més, el procés és idèntic a la modificació de gasolina del motor de combustió interna.

KShM converteix els moviments alternatius del grup de pistons en rotació cigonyal... El parell passa al volant d'inundació, després a caixa de canvis mecànica o automàtica i finalment a les rodes motrius.

El procés mentre el pistó es mou cap amunt o cap avall s’anomena curs. Totes les mesures fins al moment en què es repeteixen s’anomenen cicle.

Un cicle inclou el procés de succió, compressió, ignició juntament amb l'expansió dels gasos formats, l'alliberament.

Hi ha dues modificacions de motors:

1. En un cicle de dos temps, el cigonyal gira una vegada per cicle i el pistó es mou cap avall i cap amunt.
2. En un cicle de quatre temps, el cigonyal girarà dues vegades per cicle i el pistó farà quatre moviments complets: baixarà, pujarà, baixarà, pujarà.

📌Principi de treball del motor de dos temps

Quan el conductor arrenca el motor, l’arrencador posa el volant en moviment, el cigonyal gira i el KShM mou el pistó. Quan arriba a BDC i comença a pujar, la cambra de treball ja s’omple amb una mescla combustible.

Al centre mort superior del pistó, s’encén i el fa baixar. Es produeix una ventilació addicional: els gasos d’escapament són desplaçats per una nova part de la mescla combustible en funcionament. La purga pot variar en funció del disseny del motor. Una de les modificacions preveu omplir l'espai del subpistó amb una mescla combustible-aire quan puja i, quan el pistó baixa, s'extreu a la cambra de treball del cilindre, desplaçant els productes de combustió.

En aquestes modificacions de motors, no hi ha cap sistema de sincronització de vàlvules. El mateix pistó obre / tanca l’entrada / sortida.

Aquests motors s'utilitzen en equips de baixa potència, perquè l'intercanvi de gasos es produeix a causa de la substitució dels gasos d'escapament per una altra porció de la mescla aire-combustible. Atès que la barreja de treball s’elimina parcialment junt amb l’escapament, aquesta modificació es caracteritza per un major consum de combustible i una potència inferior en comparació amb els anàlegs de quatre temps.

Un dels avantatges d’aquests motors de combustió interna és que hi ha menys fregament per cicle, però al mateix temps s’escalfa més.

📌Principi de treball d’un motor de quatre temps

La majoria de cotxes i altres vehicles de motor estan equipats amb motors de quatre temps. S’utilitza un mecanisme de distribució de gas per subministrar la mescla de treball i eliminar els gasos d’escapament. Es condueix a través d'una transmissió de temps connectada a la politja de cigonyal mitjançant una transmissió per corretja, cadena o engranatge.

Girant arbre de lleves puja / baixa les vàlvules d’admissió / escapament situades a sobre del cilindre. Aquest mecanisme garanteix l’obertura síncrona de les vàlvules corresponents per subministrar una mescla combustible i eliminar els gasos d’escapament.

En aquests motors, el cicle es produeix de la següent manera (per exemple, un motor de gasolina):

1. En el moment en què s’engega el motor, l’arrencador gira el volant d'inèrcia que acciona el cigonyal. S’obre la vàlvula d’entrada. El mecanisme de manovella fa baixar el pistó, creant un buit al cilindre. Hi ha un cop de succió de la mescla aire-combustible.
2. En desplaçar-se des del centre mort inferior cap amunt, el pistó comprimeix la barreja combustible. Aquesta és la segona mesura: la compressió.
3. Quan el pistó es troba al punt mort superior, la bugia crea una espurna que encén la barreja. A causa de l'explosió, els gasos s'expandeixen. La sobrepressió del cilindre mou el pistó cap avall. Aquest és el tercer cicle: ignició i expansió (o cursa de treball).
4. El cigonyal giratori fa moure el pistó cap amunt. En aquest punt, l’eix de lleves obre la vàlvula d’escapament a través de la qual el pistó ascendent expulsa els gasos d’escapament. Aquest és el quart llançament.

📌Sistemes auxiliars del motor de combustió interna

Cap motor modern de combustió interna és capaç de funcionar independentment. Això es deu al fet que el combustible s’ha de subministrar des del dipòsit de gasolina al motor, s’ha d’encendre en el moment adequat i, per tal que el motor no s’ofegui dels gasos d’escapament, s’han d’eliminar a temps.

Les peces giratòries necessiten una lubricació constant. A causa de l'augment de la temperatura generada durant la combustió, el motor s'ha de refredar. Aquests processos d’acompanyament no són proporcionats pel propi motor, per tant, el motor de combustió interna funciona conjuntament amb sistemes auxiliars.

📌Sistema d’encesa

Aquest sistema auxiliar està dissenyat per a l’encesa oportuna de la mescla combustible a la posició adequada del pistó (TDC en la carrera de compressió). S'utilitza en motors de combustió interna de gasolina i consta dels elements següents:

• Font del poder. Quan el motor està en repòs, aquesta funció la realitza la bateria (com arrencar un cotxe si la bateria està esgotada, llegiu-la article a part). Després d’engegar el motor, la font d’energia és генератор.
• Pany d'egnició. Dispositiu que tanca un circuit elèctric per alimentar-lo des d’una font d’energia.
• Dispositiu d'emmagatzemament. La majoria de vehicles de gasolina tenen una bobina d’encesa. També hi ha models en què hi ha diversos elements, un per a cada bugia. Converteixen la baixa tensió de la bateria a l’alta tensió necessària per crear una espurna d’alta qualitat.
• Distribuïdor-interruptor d’encesa. En els cotxes de carburador, es tracta d’un distribuïdor; en la majoria d’altres, aquest procés està controlat per una ECU. Aquests dispositius distribueixen els impulsos elèctrics a les bugies adequades.

📌Sistema d’introducció

Per crear un procés de combustió, es requereix una combinació de tres factors: combustible, oxigen i una font d’ignició. Si s'aplica una descàrrega elèctrica, la tasca del sistema d'encesa, el sistema d'admissió proporciona oxigen al motor perquè el combustible es pugui encendre.

Aquest sistema consta de:

• Presa d’aire: una canonada de derivació per la qual es transmet aire net. El procés d'admissió depèn de la modificació del motor. Als motors atmosfèrics, l’aire és aspirat a causa de la creació d’un buit que es forma al cilindre. En els models turboalimentats, aquest procés es veu millorat per la rotació de les pales del sobrealimentador, que augmenta la potència del motor.
• El filtre d'aire està dissenyat per netejar el flux de pols i partícules petites.
• La vàlvula d’acceleració és una vàlvula que regula la quantitat d’aire que entra al motor. Es regula prement el pedal de l’accelerador o bé mitjançant l’electrònica de la unitat de control.
• El col·lector d'admissió és un sistema de canonades connectades a una canonada comuna. Als motors de combustió interna d’injecció, s’instal·la una vàlvula d’acceleració a la part superior i un injector de combustible per a cada cilindre. En les modificacions del carburador, s’instal·la un carburador al col·lector d’admissió, en el qual l’aire es barreja amb la gasolina.

A més de l’aire, s’ha de subministrar combustible als cilindres. Amb aquesta finalitat, s'ha desenvolupat un sistema de combustible que consisteix en:

• tanc de combustible;
• línia de combustible: mànegues i canonades per on passa el gasolina o el gasoil des del tanc fins al motor;
• carburador o injector (sistemes de brocs que ruixen combustible);
• bomba del combustiblebombament de combustible des d'un tanc fins a un carburador o un altre dispositiu per barrejar combustible i aire;
• un filtre de combustible que neteja la benzina o el gasoil dels residus.

Avui en dia, hi ha moltes modificacions dels motors en què la barreja de treball s’alimenta als cilindres mitjançant diferents mètodes. Entre aquests sistemes hi ha:

• injecció única (principi del carburador, només amb broquet);
• injecció distribuïda (s’instal·la un broc separat per a cada cilindre, la barreja aire-combustible es forma al canal del col·lector d’admissió);
• injecció directa (el broquet ruixa la barreja de treball directament al cilindre);
• injecció combinada (combina el principi d'injecció directa i distribuïda)

📌Sistema de lubricació

Totes les superfícies de fregament de les peces metàl·liques s’han de lubricar per refredar-se i reduir el desgast. Per proporcionar aquesta protecció, el motor està equipat amb un sistema de lubricació. També protegeix les parts metàl·liques de l’oxidació i elimina els dipòsits de carboni. El sistema de lubricació consisteix en:

• dipòsit: un dipòsit que conté oli per a motors;
• una bomba d'oli que crea pressió, gràcies a la qual es subministra lubricant a totes les parts del motor;
• un filtre d'oli que atrapa qualsevol partícula resultant del funcionament del motor;
• alguns cotxes estan equipats amb un refredador d’oli per a una refrigeració addicional del lubricant del motor.

📌Sistema d’escapament

Un sistema d’escapament d’alta qualitat garanteix l’eliminació dels gasos d’escapament de les cambres de treball dels cilindres. Els cotxes moderns estan equipats amb un sistema d’escapament que inclou els elements següents:

• un col·lector d’escapament que esmorteix les vibracions dels gasos d’escapament calents;
• una canonada receptora, en la qual els gasos d’escapament provenen del col·lector (com el col·lector d’escapament, és de metall resistent a la calor);
• un catalitzador que neteja els gasos d’escapament d’elements nocius, que permet al vehicle complir les normes ambientals;
• ressonador: una capacitat lleugerament menor que el silenciador principal, dissenyat per reduir la velocitat d’escapament;
• el silenciador principal, a l'interior del qual hi ha envans que canvien la direcció dels gasos d'escapament per reduir-ne la velocitat i el soroll.

📌Sistema de refredament

Aquest sistema addicional permet que el motor funcioni sense sobreescalfar-se. Ella dóna suport temperatura de funcionament del motormentre s’acaba. Perquè aquest indicador no superi els límits crítics fins i tot quan el cotxe està parat, el sistema consta de les parts següents:

• radiador de refrigeracióformat per tubs i plaques dissenyats per a un ràpid intercanvi de calor entre el refrigerant i l'aire ambiental;
• un ventilador que proporciona un flux d'aire superior, per exemple, si el cotxe està embussat i el radiador no està prou bufat;
• una bomba d’aigua, gràcies a la qual s’assegura la circulació del refrigerant, que elimina la calor de les parets calentes del bloc de cilindres;
• termòstat: una vàlvula que s’obre quan el motor s’escalfa a la temperatura de funcionament (abans que s’activi, el refrigerant circula en un petit cercle i, quan s’obre, el líquid es mou pel radiador)

El funcionament síncró de cada sistema auxiliar garanteix el bon funcionament del motor de combustió interna.

📌 Cicles del motor

Un cicle significa accions que es repeteixen en un sol cilindre. El motor de quatre temps està equipat amb un mecanisme que activa cada un d’aquests cicles.

Al motor de combustió interna, el pistó realitza moviments alternatius (amunt / avall) al llarg del cilindre. La biela i la manovella adherida converteixen aquesta energia en rotació. Durant una acció, quan el pistó arriba des del punt més baix fins a la part superior i posterior, el cigonyal fa una volta al voltant del seu eix.

Perquè aquest procés es produeixi constantment, una barreja d’aire i combustible ha d’entrar al cilindre, s’ha de comprimir i encendre-hi i també s’han d’eliminar els productes de combustió. Cadascun d'aquests processos té lloc en una revolució del cigonyal. Aquestes accions s’anomenen barres. N’hi ha quatre en quatre temps:

1. Consum o succió. En aquest cop, una mescla d'aire i combustible és aspirada a la cavitat del cilindre. Entra per una vàlvula d’admissió oberta. Segons el tipus de sistema de combustible, la gasolina es barreja amb l'aire al col·lector d'admissió o directament al cilindre, com, per exemple, en els motors dièsel;
2. Compressió. En aquest punt, tant les vàlvules d’admissió com les d’escapament estan tancades. El pistó es mou cap amunt a causa de l’arrencada del cigonyal i gira a causa d’altres cops en els cilindres adjacents. En un motor de gasolina, el VTS es comprimeix a diverses atmosferes (10-11) i en un motor dièsel - més de 20 atm;
3. Traç de treball. En el moment en què el pistó s’atura a la part superior, la mescla comprimida s’encén mitjançant una espurna d’una bugia. En un motor dièsel, aquest procés és lleugerament diferent. En ella, l’aire es comprimeix tant que la seva temperatura salta fins a un valor en què el gasoil s’encén per si sol. Tan bon punt es produeix una explosió d’una mescla de combustible i aire, l’energia alliberada no té cap lloc on anar i fa baixar el pistó;
4. Alliberament de productes de combustió. Per omplir la cambra amb una porció nova de la mescla combustible, s’han d’eliminar els gasos formats com a resultat de l’encesa. Això passa en el següent cop quan el pistó puja. En aquest moment, s’obre la vàlvula de sortida. Quan el pistó arriba al punt mort superior, es tanca el cicle (o un conjunt de cops) en un cilindre separat i es repeteix el procés.

📌Avantatges i desavantatges de l’ICE

Avui la millor opció de motor per a vehicles de motor és ICE. Entre els avantatges d’aquestes unitats hi ha:

• facilitat de reparació;
• economia per a viatges llargs (depèn de el seu volum);
• gran recurs de treball;
• accessibilitat per a un automobilista amb ingressos mitjans.

El motor ideal encara no s’ha creat, per tant, aquestes unitats també presenten alguns desavantatges:

• com més complexa és la unitat i els sistemes relacionats, més car és el seu manteniment (per exemple, motors EcoBoost);
• requereix una posada a punt del sistema de subministrament de combustible, distribució d'encesa i altres sistemes, que requereix certes habilitats, en cas contrari el motor no funcionarà eficientment (o no s'engegarà en absolut);
• més pes (en comparació amb els motors elèctrics);
• desgast del mecanisme de manovella.

Tot i equipar molts vehicles amb altres tipus de motors (cotxes "nets" accionats per tracció elèctrica), els motors de combustió interna mantindran una posició competitiva durant molt de temps a causa de la seva disponibilitat. Les versions híbrides i elèctriques dels cotxes guanyen popularitat, però, a causa de l’elevat cost d’aquests vehicles i del seu manteniment, encara no estan disponibles per als automobilistes mitjans.

Preguntes freqüents:

Què és un motor de combustió interna? Es tracta d’una mena d’unitats de potència on es proporciona una càmera de combustió tancada en el disseny, en la qual es genera energia tèrmica (a causa de l’encesa de la mescla combustible-aire) i es converteix en energia mecànica.

Qui va inventar el motor de combustió interna? L’inventor francès Étven Lenoir va descobrir el 1860 una mostra del primer motor de combustió interna del món. El primer motor de combustió interna de quatre temps, segons l’esquema del qual funcionen absolutament totes les unitats de potència, va ser inventat per Nikolaus Otto.

De què està fet el motor? El motor de combustió interna més senzill consisteix en un bloc de cilindres, en el qual s’instal·la un sistema de biela, un grup de cilindres-pistons, el bloc està cobert a la part superior amb una culata amb un mecanisme de distribució de gas (arbre de lleves i vàlvules), un sistema d'admissió i d'escapament, un sistema de combustible i d'encesa.