Dispositivo de motor de combustión interna

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El motor de combustión interna se ha utilizado en motocicletas, automóviles y camiones durante un siglo. Hasta ahora, sigue siendo el tipo de motor más económico. Pero para muchos, el principio de funcionamiento y el dispositivo del motor de combustión interna siguen sin estar claros. Tratemos de comprender las principales complejidades y detalles de la estructura del motor.

Definición y características generales

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

Historia de la creacion

Antes de la llegada de los motores de combustión interna, los vehículos autopropulsados ​​estaban equipados con motores de combustión externa. Estas unidades funcionaban con la presión del vapor generada al calentar el agua en un tanque separado.

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

Dispositivo de motor de combustión interna

En vista de esta deficiencia, los ingenieros e inventores intentaron resolver una pregunta importante: cómo combinar el combustible con el cuerpo de la unidad de potencia. Eliminando elementos como caldera, depósito de agua, condensador, evaporador, bomba, etc. del sistema. fue posible reducir significativamente el peso del motor.

La creación de un motor de combustión interna en la forma familiar para un automovilista moderno se llevó a cabo gradualmente. Estos son los principales hitos que llevaron a la aparición del motor de combustión interna moderno:

  • 1791 John Barber inventa una turbina de gas que funciona destilando petróleo, carbón y madera en retortas. El gas resultante, junto con el aire, se bombeó a la cámara de combustión mediante un compresor. El gas caliente formado a presión se suministró al impulsor del impulsor y se hizo girar.
  • 1794 Robert Street patenta un motor de combustible líquido.
  • 1799 Philippe Le Bon como resultado de la pirólisis del aceite recibe gas luminiscente. En 1801 propone utilizarlo como combustible para motores de gas.
  • 1807 François Isaac de Rivaz - patente sobre "el uso de materiales explosivos como fuente de energía en motores". Crea una tripulación autopropulsada basada en el desarrollo.
  • 1860 Etienne Lenoir fue pionero en los primeros inventos al crear un motor funcional impulsado por una mezcla de gas y aire. El mecanismo se puso en marcha con una chispa de una fuente de alimentación externa. La invención se utilizó en barcos, pero no se instaló en vehículos autopropulsados.
  • 1861 Alphonse Bo De Rocha revela la importancia de comprimir el combustible antes de encenderlo, lo que sirvió para crear la teoría del funcionamiento de un motor de combustión interna de cuatro tiempos (admisión, compresión, combustión con expansión y liberación).
  • 1877 Nikolaus Otto crea el primer motor de combustión interna de cuatro tiempos y 12 hp.
  • 1879 Karl Benz patenta el motor de dos tiempos.
  • 1880. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach y Gottlieb Daimler están desarrollando simultáneamente modificaciones del carburador del motor de combustión interna, preparándolos para la producción en masa.

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

Dispositivo de motor de combustión interna

Tipos de ICE

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

  • Por el tipo de combustible utilizado: diesel, gasolina, gas.
  • De acuerdo con el principio de enfriamiento: líquido y aire.
  • Dependiendo de la disposición de los cilindros: en línea y en forma de V.
  • Según el método de preparación de la mezcla de combustible: carburador, gas e inyección (se forman mezclas en la parte exterior del motor de combustión interna) y diesel (en la parte interior).
  • De acuerdo con el principio de encendido de la mezcla de combustible, con encendido forzado y con autoencendido (típico de las unidades diésel).
Dispositivo de motor de combustión interna

Los motores también se distinguen por su diseño y eficiencia:

  • Pistón, en el que se encuentra la cámara de trabajo en los cilindros. Vale la pena considerar que dichos motores de combustión interna se dividen en varias subespecies:
    • carburador (el carburador es responsable de crear una mezcla de trabajo enriquecida);
    • inyección (la mezcla se suministra directamente al colector de admisión a través de las 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 se asemeja a una forma de 8 ku, reemplaza por completo las funciones de los pistones, la sincronización y el cigüeñal.
    • Turbina de gas, en la que el motor es impulsado por energía térmica obtenida al hacer girar un rotor con palas que se asemejan a una pala. Acciona el eje de la turbina.

La teoría, a primera vista, parece clara. Ahora veamos los componentes principales del tren motriz.

Dispositivo ICE

El diseño del cuerpo incluye los siguientes componentes:

  • bloque cilíndrico;
  • mecanismo de manivela;
  • mecanismo de distribución de gas;
  • sistemas de suministro e ignición de una mezcla combustible y eliminación de productos de combustión (gases de escape).

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

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El número 6 indica dónde está ubicado el cilindro. Es uno de los componentes clave del motor de combustión interna. Dentro del cilindro hay un pistón marcado con 7. Está sujeto a la biela y al cigüeñal (en el diagrama, están designados con los números 9 y 12, respectivamente). Mover el pistón hacia arriba y hacia abajo dentro del cilindro provoca la formación de movimientos de rotación del cigüeñal. Se proporciona un volante en el extremo del timón, que se muestra en el diagrama bajo el número 10. Es necesario para una rotación uniforme del eje. La parte superior del cilindro está equipada con una cabeza densa, que tiene válvulas para la admisión de la mezcla y los gases de escape. Se muestran bajo el número 5.

La apertura de las válvulas se hace posible gracias a las levas del árbol de levas, indicadas por el número 14, o mejor dicho, por sus elementos de transmisión (número 15). La rotación del árbol de levas es proporcionada por los engranajes del cigüeñal, indicados por el número 13. Con movimiento libre del pistón en el cilindro, es capaz de tomar dos posiciones extremas.

El funcionamiento normal del motor de combustión interna solo puede garantizarse mediante un suministro uniforme de la mezcla de combustible en el momento adecuado. Para reducir los costos operativos del motor para la disipación de calor y evitar el desgaste prematuro de los componentes impulsores, se lubrican con aceite.

El principio de funcionamiento del motor de combustión interna.

Los motores de combustión interna modernos funcionan con el combustible que se enciende dentro de los cilindros y la energía que proviene de él. Se suministra una mezcla de gasolina y aire a través de la válvula de admisión (en muchos motores hay dos por cilindro). En el mismo lugar, se enciende debido a la chispa que se forma bujía... En el momento de una miniexplosión, los gases de la cámara de trabajo se expanden creando presión. Acciona el pistón conectado al KShM.

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

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

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

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Un ciclo incluye el proceso de succión, compresión, ignición junto con la expansión de los gases formados, liberación.

Hay dos modificaciones de motores:

  1. En un ciclo de dos tiempos, el cigüeñal gira una vez por ciclo y el pistón se mueve hacia abajo y hacia arriba.
  2. En un ciclo de cuatro tiempos, el cigüeñal girará dos veces por ciclo y el pistón hará cuatro movimientos completos: bajará, subirá, bajará, subirá.

El principio de funcionamiento de un motor de dos tiempos.

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

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En el punto muerto superior del pistón, se enciende y lo mueve hacia abajo. Se lleva a cabo una ventilación adicional: los gases de escape son desplazados por una nueva porción de la mezcla combustible de trabajo. La purga puede ser diferente según el diseño del motor. Una de las modificaciones prevé llenar el espacio del sub-pistón con una mezcla de combustible y aire cuando se eleva, y cuando el pistón desciende, se aprieta en la cámara de trabajo del cilindro, desplazando los productos de combustión.

En tales modificaciones de motores, no existe un sistema de sincronización de válvulas. El propio pistón abre / cierra la entrada / salida.

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

Una de las ventajas de estos motores de combustión interna es que hay menos fricción por ciclo, pero al mismo tiempo se calientan más.

Cómo funciona el 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 eliminar los gases de escape. Se acciona a través de una transmisión de sincronización conectada a la polea del cigüeñal mediante una transmisión por correa, cadena o engranaje.

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Giratorio árbol de levas sube / baja las válvulas de admisión / escape ubicadas sobre el cilindro. Este mecanismo asegura la apertura sincrónica de las válvulas correspondientes para suministrar una mezcla combustible y eliminar los gases de escape.

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

  1. En el momento en que se arranca el motor, el motor de arranque hace girar el volante, que impulsa el cigüeñal. Se abre la válvula de entrada. El 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 bujía crea una chispa que enciende la mezcla. Debido a la explosión, los gases se expanden. La sobrepresión en el cilindro mueve el pistón hacia abajo. Este es el tercer ciclo: encendido y expansión (o carrera de trabajo).
  4. El 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 expulsa los gases de escape. Esta es la cuarta barra: lanzamiento.
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Sistemas auxiliares del motor de combustión interna

Ningún motor de combustión interna moderno es capaz de funcionar de forma independiente. Esto se debe a que 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, estos deben eliminarse a tiempo.

Las piezas giratorias necesitan una lubricación constante. Debido al aumento de temperatura generado durante la combustión, el motor debe enfriarse. Estos procesos de acompañamiento no son proporcionados por el motor en sí, por lo tanto, el motor de combustión interna trabaja en conjunto con sistemas auxiliares.

Sistema de encendido

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

  • Fuente de alimentación. Cuando el motor está en reposo, esta función la realiza la batería (cómo arrancar un automóvil si la batería está descargada, lea artículo separado). Después de arrancar el motor, la fuente de energía es generador.
  • Cerradura de encendido. Dispositivo que cierra un circuito eléctrico para alimentarlo desde una fuente de energía.
  • Dispositivo de almacenamiento. La mayoría de los vehículos de gasolina tienen una bobina de encendido. También hay modelos en los que hay varios elementos de este tipo, uno para cada bujía. Convierten el bajo voltaje de la batería en el alto voltaje necesario 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. Estos dispositivos distribuyen impulsos eléctricos a las bujías adecuadas.

Sistema de admisión

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

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Este sistema consta de:

  • Entrada de aire: una tubería de ramificación a través de la cual se toma aire limpio. El proceso de admisión depende de la modificación del motor. En los motores atmosféricos, se aspira aire debido a la creación de un vacío que se forma en el cilindro. En los modelos con turbocompresor, este proceso se ve reforzado por la rotación de las palas del sobrealimentador, lo que aumenta la potencia del motor.
  • El filtro de aire está diseñado para limpiar el flujo de polvo y partículas pequeñas.
  • La válvula de mariposa es una válvula que regula la cantidad de aire que ingresa al motor. Se regula presionando el pedal del acelerador o mediante la electrónica de la unidad de control.
  • El colector de admisión es un sistema de tuberías conectadas a una tubería común. En los motores de inyección de combustión interna, se instala una válvula de mariposa en la parte superior y un inyector de combustible para cada cilindro. En las modificaciones del carburador, se instala un carburador en el colector de admisión, en el que se mezcla aire con gasolina.
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Además de aire, se debe suministrar combustible a los cilindros. Para ello, se ha desarrollado un sistema de combustible compuesto por:

  • depósito de combustible;
  • línea de combustible: mangueras y tuberías a través de las cuales se mueve la gasolina o el combustible diesel desde el tanque hasta el motor;
  • carburador o inyector (sistemas de boquillas que rocían combustible);
  • bomba de combustiblebombear combustible desde un 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 desechos.

Hoy en día existen muchas modificaciones de motores en los que la mezcla de trabajo se alimenta a los cilindros por diferentes métodos. Entre tales sistemas se encuentran:

  • inyección única (principio carburador, solo con boquilla);
  • inyección distribuida (se instala una boquilla separada para cada cilindro, la mezcla de aire y combustible se forma en el canal del colector de admisión);
  • inyección directa (la boquilla rocía 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 piezas metálicas deben lubricarse para enfriar y reducir el desgaste. Para proporcionar esta protección, el motor está equipado con un sistema de lubricación. También protege las piezas metálicas de la oxidación y elimina los depósitos de carbón. El sistema de lubricación consta de:

  • sumidero: un depósito que contiene aceite de motor;
  • una bomba de aceite que crea presión, gracias a la cual se suministra lubricante a todas las partes del motor;
  • un filtro de aceite que atrapa las partículas resultantes del funcionamiento del motor;
  • algunos automóviles están equipados con un enfriador de aceite para un enfriamiento adicional del lubricante del motor.

Sistema de escape

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Un sistema de escape de alta calidad asegura 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:

  • un colector de escape que amortigua las vibraciones de los gases de escape calientes;
  • una tubería receptora, en la que los gases de escape provienen del colector (como el 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 menor que el silenciador principal, diseñado para reducir la velocidad de escape;
  • el silenciador principal, dentro del cual hay tabiques que cambian la dirección de los gases de escape para reducir su velocidad y ruido.

Sistema de refrigeración

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Este sistema adicional permite que el motor funcione sin sobrecalentamiento. Ella apoya temperatura de funcionamiento del motormientras está terminado. Para que este indicador no supere los límites críticos incluso cuando el automóvil está parado, el sistema consta de las siguientes partes:

  • radiador de enfriamientoconsta de tubos y placas diseñados para un rápido intercambio de calor entre el refrigerante y el aire ambiente;
  • un ventilador que proporciona un mayor flujo de aire, por ejemplo, si la máquina está en un atasco y el radiador no está lo suficientemente soplado;
  • una bomba de agua, gracias a la cual se proporciona 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 que se active, 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 asegura el buen funcionamiento del motor de combustión interna.

Ciclos del motor

Un ciclo significa 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 vuelta alrededor de su eje.

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Para que este proceso ocurra constantemente, una mezcla de aire y combustible debe ingresar al cilindro, debe comprimirse y encenderse, 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. Dependiendo del tipo de sistema de combustible, la gasolina se mezcla con aire en el colector de admisión o directamente en el cilindro, como 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 que realiza 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 llenar la cámara con una porción nueva de la mezcla combustible, se deben eliminar los gases formados como resultado de la ignición. 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 conjunto de carreras) en un cilindro separado se cierra y el proceso se repite.

Ventajas y desventajas de ICE

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Hoy en día, la mejor opción de motor para vehículos de motor es ICE. Entre las ventajas de tales unidades se encuentran:

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

El motor ideal aún no se ha creado, por lo que estas unidades también tienen algunas desventajas:

  • cuanto más complejos son la unidad y los sistemas relacionados, más caro es su mantenimiento (por ejemplo, motores EcoBoost);
  • requiere un ajuste fino del sistema de suministro de combustible, distribución de 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.
Dispositivo de motor de combustión interna

A pesar de equipar muchos vehículos con otro tipo de motores (coches "limpios" propulsados ​​por tracción eléctrica), los motores de combustión interna mantendrán una posición competitiva durante mucho tiempo debido a su disponibilidad. Las versiones híbridas y eléctricas de los automóviles están ganando popularidad, sin embargo, debido al alto costo de dichos vehículos y el costo de su mantenimiento, aún no están disponibles para el automovilista promedio.

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