El dispositivo del motor de combustión interna.

Durante un siglo, se ha utilizado un motor de combustión interna en motocicletas, automóviles y camiones. Hasta ahora, sigue siendo el tipo de motor más económico. Pero para muchos, el principio de funcionamiento y el diseño del motor de combustión interna sigue siendo incomprensible. Tratemos de comprender las sutilezas básicas y las características específicas de la estructura del motor.

📌Definición y características generales

Una característica clave de cualquier motor de combustión interna es el encendido de la mezcla combustible directamente en su cámara de trabajo, y no en medios externos. En el momento de la combustión del combustible, la energía térmica resultante provoca el funcionamiento de los componentes mecánicos del motor.

📌Creando historia

Antes de la llegada de los motores de combustión interna, los vehículos autopropulsados ​​estaban equipados con motores de combustión externa. Dichas unidades trabajaron a partir de la presión de vapor generada como resultado del calentamiento de agua en un tanque separado.

El diseño de tales motores era dimensional e ineficaz: además del gran peso de la instalación, para superar largas distancias, el transporte también tenía que llevar un suministro de combustible decente (carbón o leña).

Debido a esta deficiencia, los ingenieros e inventores trataron de resolver un problema importante: cómo combinar el combustible con el cuerpo de la unidad de potencia. Al eliminar del sistema elementos tales como una caldera, tanque de agua, condensador, evaporador, bomba, etc. fue posible reducir significativamente el peso del motor.

La creación de un motor de combustión interna en la forma habitual para un automovilista moderno tuvo lugar gradualmente. Estos son los principales hitos que llevaron a la aparición de un ICE moderno:

• 1791 John Barber inventa una turbina de gas, que funciona sobre la base del proceso de "destilación" de petróleo, carbón y madera en retortas. El gas resultante junto con el aire fue bombeado por el compresor a la cámara de combustión. El gas caliente resultante se alimentó bajo presión al impulsor del impulsor y lo hizo girar.
• 1794 Robert Street patenta un motor de combustible líquido.
• 1799 Phillip Lebon como resultado de la pirólisis del petróleo recibe gas luminoso. En 1801, propone utilizarlo como combustible para motores de gas.
• 1807 Francois Isaac de Rivaz - patente sobre "el uso de materiales explosivos como fuente de energía en motores". Basado en el desarrollo crea una "tripulación autopropulsada".
• 1860 Etienne Lenoir por primera vez encarna la realidad de sus primeros inventos al crear un motor que funciona con una mezcla de gas ligero y aire. El mecanismo fue impulsado por una chispa de una fuente de energía externa. La invención se usó en barcos, pero no se instaló en máquinas autopropulsadas.
• 1861 Alphonse Bo de Rocha revela la importancia de la compresión del combustible antes del encendido, lo que sirvió para crear una teoría del funcionamiento de un motor de combustión interna de cuatro tiempos (succión, compresión, combustión con expansión y liberación).
• 1877 Nikolaus Otto crea el primer motor de cuatro tiempos con una capacidad de 12 hp
• 1879 Karl Benz patentó un motor de dos tiempos.
• Década de 1880. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach y Gottlieb Daimler están desarrollando simultáneamente modificaciones del carburador del motor de combustión interna, preparándolos para la producción en serie.

Además de los motores a gas, el Trinkler Motor apareció en 1899. Esta invención es otro tipo de ICE (motor de aceite de alta presión sin compresor), que funciona según el principio de la invención de Rudolf Diesel. Con los años, las unidades de potencia, tanto de gasolina como diésel, se han mejorado, lo que aumentó su eficiencia.

📌Tipos de motores de combustión interna

Por el tipo de diseño y las características específicas del funcionamiento del motor de combustión interna se clasifican según varios criterios:

• Por el tipo de combustible utilizado: diésel, gasolina, gas.
• De acuerdo con el principio de enfriamiento: líquido y aire.
• Dependiendo de la ubicación de los cilindros: en línea y en forma de V.
• Mediante el método de preparación de la mezcla de combustible: carburador, gas e inyección (se forman mezclas en la parte externa del motor de combustión interna) y diesel (en la parte interna).
• De acuerdo con el principio de ignición de la mezcla de combustible, con ignición forzada y autoinflamación (típica de las unidades diesel).

Los motores también se distinguen por su diseño específico y eficiencia operativa:

• Pistón, en el que la cámara de trabajo se localiza en los cilindros. Vale la pena considerar que tales ICE se dividen en varias subespecies:
  • carburador (el carburador es responsable de crear una mezcla de trabajo enriquecida);
  • inyección (la mezcla fluye directamente al colector de admisión a través de boquillas);
  • diesel (la ignición de la mezcla ocurre debido a la creación de alta presión dentro de la cámara).
  • Pistón rotativo, caracterizado por la conversión de energía térmica en energía mecánica debido a la rotación del rotor junto con el perfil. El trabajo del rotor, cuyo movimiento en forma se asemeja a un 8-ku, reemplaza por completo las funciones de pistones, sincronización y cigüeñal.
  • Turbina de gas, en la cual el motor es impulsado por energía térmica obtenida al rotar el rotor con palas que se asemejan a una pala en forma. Él conduce el eje de la turbina.

La teoría, a primera vista, parece comprensible. Ahora considere los componentes principales del tren motriz.

📌 Dispositivo ICE

El diseño de la carcasa incluye tales componentes:

• bloque de cilindros;
• mecanismo de manivela;
• mecanismo de distribución de gas;
• sistemas para suministrar y encender una mezcla combustible y eliminar productos de combustión (gases de escape).

Para comprender la ubicación de cada componente, considere la estructura del motor:

El número 6 indica el lugar donde se encuentra el cilindro. Es uno de los componentes clave de ICE. Dentro del cilindro hay un pistón, indicado por el número 7. Está sujeto con una biela y un cigüeñal (indicado en el diagrama por los números 9 y 12, respectivamente). Mover el pistón dentro del cilindro hacia arriba y hacia abajo provoca la formación de movimientos de rotación del cigüeñal. Se muestra un volante al final de la manivela, que se muestra en el diagrama debajo del número 10. Es necesario para una rotación uniforme del eje. La parte superior del cilindro está equipada con una cabeza hermética que tiene válvulas para la admisión de la mezcla y la liberación de gases de escape. Se muestran debajo del número 5.

La apertura de las válvulas se hace posible gracias a las levas del árbol de levas, designadas con el número 14, o más bien, a sus elementos de transmisión (número 15). La rotación del árbol de levas es proporcionada por los engranajes del cigüeñal, indicados por el número 13. Cuando el pistón se mueve libremente en el cilindro, puede tomar dos posiciones extremas.

Para garantizar el funcionamiento normal del motor de combustión interna, solo se puede suministrar de manera uniforme la mezcla de combustible en el momento adecuado. Para reducir los costos operativos del motor para la eliminación del calor y para evitar el desgaste prematuro de los componentes móviles, están lubricados con aceite.

📌El principio del motor de combustión interna

Los ICE modernos funcionan con combustible inflamable dentro de los cilindros y la energía que apareció como resultado de esto. Se suministra una mezcla de gasolina y aire a través de la válvula de entrada (en muchos motores, dos por cilindro). En el mismo lugar, se enciende debido a la chispa que se forma. bujia. En el momento de la mini explosión, los gases en la cámara de trabajo se expanden, creando presión. Acciona un pistón conectado a un cshm.

Los motores diesel funcionan según un principio similar, solo el proceso de combustión se inicia de manera algo diferente. Inicialmente, el aire en el cilindro se comprime, lo que hace que se caliente. Antes de que el pistón alcance el PMS en la carrera de compresión, la boquilla rocía combustible. Debido al aire caliente, el combustible se enciende por sí solo sin chispa. Además, el proceso es idéntico a la modificación del motor de gasolina.

KShM convierte los movimientos alternativos del grupo de pistones en rotación cigüeñal. El par va al volante, luego a caja de cambios manual o automática y finalmente, en las ruedas motrices.

El proceso mientras el pistón se mueve hacia arriba o hacia abajo se llama latido. Todas las medidas hasta que se repiten se denominan ciclo.

Un ciclo incluye el proceso de absorción, compresión, ignición junto con la expansión de los gases resultantes, escape.

Hay dos modificaciones de motores:

1. En un ciclo push-pull, el cigüeñal gira una vez y el pistón baja y sube.
2. En un ciclo de cuatro tiempos, el cigüeñal arrancará dos veces y el pistón realizará cuatro movimientos completos: bajará, subirá, bajará, subirá.

📌Principio de funcionamiento del motor de dos tiempos

Cuando el conductor arranca el motor, el motor de arranque acciona el volante, el cigüeñal gira, el cigüeñal mueve el pistón. Cuando alcanza el BDC y comienza a elevarse, la cámara de trabajo ya está llena de una mezcla combustible.

En el TDC del pistón, se enciende y lo mueve hacia abajo. Luego se produce la ventilación: los gases de escape son desplazados por una nueva porción de la mezcla combustible de trabajo. La purga puede ocurrir de diferentes maneras dependiendo del dispositivo motor. Una de las modificaciones implica llenar el espacio del sub-pistón con una mezcla de combustible y aire cuando se eleva, y cuando el pistón cae, se exprime en la cámara de trabajo del cilindro, desplazando los productos de combustión.

En tales modificaciones de los motores no hay un sistema de sincronización de válvulas. El pistón mismo abre / cierra la entrada / salida.

Dichos motores se usan en tecnología de baja potencia, porque el intercambio de gases en ellos ocurre debido al reemplazo de los gases de escape con otra porción de la mezcla de aire y combustible. Dado que la mezcla de trabajo se elimina parcialmente junto con el escape, esta modificación se caracteriza por un mayor consumo de combustible y una menor potencia en comparación con sus contrapartes de cuatro tiempos.

Una de las ventajas de estos motores de combustión interna es la menor fricción en un ciclo, pero al mismo tiempo se calientan más fuertemente.

📌Principio de funcionamiento de un motor de cuatro tiempos

La mayoría de los automóviles y otros vehículos de motor están equipados con motores de cuatro tiempos. Se utiliza un mecanismo de distribución de gas para suministrar la mezcla de trabajo y el gas de escape. Se acciona a través de un mecanismo de sincronización conectado a una polea del cigüeñal mediante una transmisión por correa, cadena o engranaje.

Girando árbol de levas sube / baja las válvulas de admisión / escape ubicadas sobre el cilindro. Este mecanismo proporciona una apertura sincronizada de las válvulas correspondientes para suministrar una mezcla combustible y gases de escape.

En tales motores, el ciclo ocurre de la siguiente manera (por ejemplo, ICE de gasolina):

1. En el momento de arrancar el motor, el motor de arranque gira el volante, que acciona el cigüeñal. La válvula de entrada se abre. Un mecanismo de manivela baja el pistón, creando un vacío en el cilindro. Hay una carrera de succión de la mezcla de aire y combustible.
2. Moviéndose desde el punto muerto inferior hacia arriba, el pistón comprime la mezcla combustible. Esta es la segunda medida: la compresión.
3. Cuando el pistón está en el punto muerto superior, la chispa crea una chispa que enciende la mezcla. Debido a la explosión, se produce la expansión de gas. El exceso de presión en el cilindro mueve el pistón hacia abajo. Este es el tercer paso: encendido y expansión (o carrera de trabajo).
4. Un cigüeñal giratorio mueve el pistón hacia arriba. En este punto, el árbol de levas abre la válvula de escape a través de la cual el pistón ascendente desplaza los gases de escape. Esta es la cuarta medida: lanzamiento.

📌Sistemas auxiliares del motor de combustión interna

Ningún motor de combustión interna moderno es capaz de funcionar de manera independiente. Esto es así porque el combustible debe ser entregado desde el tanque de gasolina al motor, debe encenderse en el momento adecuado y para que el motor no se "asfixie" con los gases de escape, deben retirarse a tiempo.

Las piezas giratorias necesitan lubricación constante. Debido a las elevadas temperaturas generadas durante la combustión, el motor debe enfriarse. Estos procesos de acompañamiento no son proporcionados por el motor en sí, por lo que el motor de combustión interna funciona junto con los sistemas auxiliares.

📌Sistema de encendido

Este sistema auxiliar está diseñado para el encendido oportuno de una mezcla combustible con la posición correspondiente del pistón (TDC en carrera de compresión). Se utiliza en motores de combustión interna de gasolina y consta de los siguientes elementos:

• Fuente de poder Cuando el motor está en estado de calma, esta función la realiza la batería (cómo arrancar un automóvil, si la batería está agotada, lea artículo separado) Después de arrancar el motor, actúa como fuente de energía. генератор.
• Interruptor de encendido. Un dispositivo que cierra un circuito eléctrico para alimentarlo desde una fuente de energía.
• Conducir La mayoría de los automóviles de gasolina tienen una bobina de encendido. También hay modelos en los que hay varios elementos, uno en cada bujía. Convierten el bajo voltaje que proviene de la batería en una corriente de alto voltaje, que es necesaria para crear una chispa de alta calidad.
• Distribuidor interruptor de encendido. En los automóviles con carburador, este es un distribuidor; en la mayoría de los demás, este proceso está controlado por una ECU. Dichos dispositivos distribuyen pulsos eléctricos a las bujías respectivas.

📌Sistema de introducción

Para crear un proceso de combustión, es necesaria una combinación de tres factores: combustible, oxígeno y una fuente de ignición. Si la aplicación de una descarga eléctrica es la tarea del sistema de encendido, entonces el sistema de admisión proporciona oxígeno al motor para que el combustible pueda encenderse.

Este sistema consta de:

• Entrada de aire: una tubería a través de la cual se aspira el aire limpio. El proceso de admisión depende de la modificación del motor. En los motores atmosféricos, el aire es aspirado creando un vacío en el cilindro. En los modelos con turbocompresor, este proceso se ve reforzado por la rotación de las palas del supercargador, lo que aumenta la potencia del motor.
• El filtro de aire está diseñado para limpiar el flujo de polvo y partículas pequeñas.
• Acelerador: una válvula que controla la cantidad de aire que ingresa al motor. Se regula presionando el pedal del acelerador o mediante la electrónica de la unidad de control.
• Colector de admisión: un sistema de tuberías conectadas a una tubería común. En el motor de inyección, se instala una válvula de mariposa en la parte superior y para cada cilindro a lo largo de la boquilla de combustible. En las versiones de carburador, se instala un carburador en el colector de admisión, en el que el aire se mezcla con gasolina.

Además del aire, también se debe suministrar combustible a los cilindros. Para este propósito, un sistema de combustible que consiste en:

• tanque de combustible
• línea de combustible - mangueras y tubos a través de los cuales el combustible de gas o diesel se mueve desde el tanque al motor;
• carburador o inyector (sistemas de toberas que rocían combustible);
• bomba de combustiblebombear combustible del tanque a un carburador u otro dispositivo para mezclar combustible y aire;
• un filtro de combustible que limpia la gasolina o el combustible diesel de los escombros.

Hoy en día, hay muchas modificaciones de motores en los que la mezcla de trabajo se alimenta a los cilindros por varios métodos. Entre estos sistemas hay:

• inyección única (principio del carburador, solo con boquilla);
• inyección distribuida (para cada cilindro se instala una boquilla separada, la mezcla de aire y combustible se forma en el canal del colector de admisión);
• inyección directa (boquilla rociando la mezcla de trabajo directamente en el cilindro);
• inyección combinada (combina el principio de inyección directa y distribuida)

📌Sistema de lubricación

Todas las superficies de fricción de las partes metálicas deben lubricarse para enfriar y reducir su desgaste. Para proporcionar dicha protección, el motor está equipado con un sistema de lubricación. También protege las partes metálicas de la oxidación y elimina los depósitos de carbono. El sistema de lubricación consta de:

• el cárter de aceite - el depósito en el que se encuentra el aceite del motor;
• una bomba de aceite que crea presión, debido a que el lubricante ingresa a todos los componentes del motor;
• un filtro de aceite que atrapa cualquier partícula resultante del funcionamiento del motor;
• Algunos vehículos están equipados con un enfriador de aceite para enfriar aún más la lubricación del motor.

📌Sistema de escape

Un sistema de escape de alta calidad garantiza la eliminación de los gases de escape de las cámaras de trabajo de los cilindros. Los automóviles modernos están equipados con un sistema de escape, que incluye los siguientes elementos:

• colector de escape en el que se amortiguan las vibraciones de los gases de escape calientes;
• un tubo receptor en el que los gases de escape provienen del colector (como un colector de escape está hecho de metal resistente al calor);
• un catalizador que limpia los gases de escape de elementos nocivos, lo que permite que el vehículo cumpla con las normas ambientales;
• resonador: una capacidad ligeramente más pequeña que el silenciador principal, diseñado para reducir la velocidad de escape;
• silenciador principal, dentro del cual hay particiones que cambian la dirección de los gases de escape para reducir su velocidad y ruido.

📌Sistema de refrigeración

Este sistema adicional permite que el motor funcione sin sobrecalentamiento. Ella apoya temperatura de funcionamiento del motormientras está enrollado Para que este indicador no exceda los límites críticos incluso cuando la máquina está parada, el sistema consta de las siguientes partes:

• radiador de enfriamientoconsistente en tubos y placas diseñados para un intercambio rápido de calor entre el refrigerante y el aire ambiente;
• un ventilador que proporciona un mayor flujo de aire, por ejemplo, si el automóvil está en un atasco y el radiador no está lo suficientemente fundido;
• una bomba de agua, que asegura la circulación del refrigerante que elimina el calor de las paredes calientes del bloque de cilindros;
• termostato: una válvula que se abre después de que el motor se calienta a la temperatura de funcionamiento (antes de su funcionamiento, el refrigerante circula en un círculo pequeño y, cuando se abre, el líquido se mueve a través del radiador).

El funcionamiento sincrónico de cada sistema auxiliar garantiza el buen funcionamiento del motor de combustión interna.

📌 Ciclos del motor

Un ciclo se refiere a acciones que se repiten en un solo cilindro. El motor de cuatro tiempos está equipado con un mecanismo que activa cada uno de estos ciclos.

En el motor de combustión interna, el pistón realiza movimientos alternativos (arriba / abajo) a lo largo del cilindro. La biela y la manivela unida a ella convierten esta energía en rotación. Durante una acción, cuando el pistón llega desde el punto más bajo hasta la parte superior y hacia atrás, el cigüeñal da una revolución alrededor de su eje.

Para que este proceso ocurra constantemente, una mezcla de aire y combustible debe ingresar al cilindro, debe comprimirse y encenderse en él, y deben eliminarse los productos de combustión. Cada uno de estos procesos tiene lugar en una revolución del cigüeñal. Estas acciones se denominan barras. Hay cuatro de ellos en un cuatro tiempos:

1. Admisión o succión. En esta carrera, se aspira una mezcla de aire y combustible en la cavidad del cilindro. Entra a través de una válvula de admisión abierta. Según el tipo de sistema de combustible, la gasolina se mezcla con aire en el colector de admisión o directamente en el cilindro, como, por ejemplo, en los motores diesel;
2. Compresión. En este punto, las válvulas de admisión y escape están cerradas. El pistón se mueve hacia arriba debido al arranque del cigüeñal, y gira debido a otras carreras en los cilindros adyacentes. En un motor de gasolina, el VTS se comprime a varias atmósferas (10-11) y en un motor diesel, más de 20 atm;
3. Carrera de trabajo. En el momento en que el pistón se detiene en la parte superior, la mezcla comprimida se enciende con una chispa de una bujía. En un motor diesel, este proceso es ligeramente diferente. En él, el aire se comprime tanto que su temperatura salta a un valor en el que el combustible diesel se enciende por sí solo. Tan pronto como ocurre una explosión de una mezcla de combustible y aire, la energía liberada no tiene adónde ir y mueve el pistón hacia abajo;
4. Liberación de productos de combustión. Para que la cámara se llene con una porción nueva de la mezcla combustible, los gases formados como resultado de la ignición deben eliminarse. Esto sucede en la siguiente carrera cuando el pistón sube. En este momento, se abre la válvula de salida. Cuando el pistón alcanza el punto muerto superior, el ciclo (o un conjunto de carreras) en un cilindro separado se cierra y el proceso se repite.

📌Ventajas y desventajas de ICE

Hasta la fecha, la mejor opción de motor para vehículos de motor es ICE. Entre las ventajas de tales unidades se pueden identificar:

• facilidad de reparación;
• rentabilidad para viajes largos (depende de su volumen);
• gran recurso de trabajo;
• Accesibilidad para un automovilista de ingresos medios.

Todavía no se ha creado un motor ideal, por lo que estas unidades tienen algunas desventajas:

• cuanto más compleja es la unidad y los sistemas relacionados, más costoso es su mantenimiento (por ejemplo, motores EcoBoost);
• requiere un ajuste fino del sistema de suministro de combustible, distribución del encendido y otros sistemas, lo que requiere ciertas habilidades, de lo contrario el motor no funcionará de manera eficiente (o no arrancará en absoluto);
• más peso (en comparación con los motores eléctricos);
• desgaste del mecanismo de manivela.

A pesar de equipar muchos vehículos con otros tipos de motores (automóviles "limpios" que funcionan con tracción eléctrica), los ICE seguirán siendo competitivos debido a su disponibilidad durante mucho tiempo. Las versiones híbridas y eléctricas del automóvil están ganando popularidad, pero debido al alto costo de dichos vehículos y el costo de su mantenimiento, aún no están disponibles para el automovilista promedio.

Preguntas comunes:

¿Qué es un motor de combustión interna? Este es un tipo de unidad de potencia, donde se proporciona una cámara de combustión cerrada en el diseño, en la que se genera energía térmica (debido al encendido de la mezcla de combustible y aire) y se convierte en energía mecánica.

¿Quién inventó el motor de combustión interna? Una muestra del primer motor de combustión interna del mundo fue descubierta por el inventor francés Étven Lenoir en 1860. El primer motor de combustión interna de cuatro tiempos, según el esquema del que funcionan absolutamente todas las unidades de potencia, fue inventado por Nikolaus Otto.

¿De qué está hecho el motor? El motor de combustión interna más simple consta de un bloque de cilindros, en el que se instala un sistema de biela-manivela, un grupo de cilindro-pistón, el bloque está cubierto en la parte superior con una culata con un mecanismo de distribución de gas (árbol de levas y válvulas), un sistema de admisión y escape, un sistema de encendido y combustible.