Motors de combustió interna. Principis i

funcionament

Diego Lao Tebar

Tipus de motors de combustió interna:

2 temps

4 temps

*Motor 2t seguint el cicle d'Otto, el més utilitzat en aquest tipus.

*Motor 4t seguint el cicle d'Otto, diferenciats dels de Diesel per la combustió generada per una espurna, mentres que els Diesel injecten combustible.

Etapes del motor de 2 temps

Etapa 1 (admissió i compressió): el pistó comprimeix i en aquest moviment succiona la mescla de combustible omplint la part d'avall del motor (càrter i el conducte per on arribarà la mescla al cilindre).

Etapa 2 (combustió i escapament): amb el pistó comprimint al màxim la bugia genera una explosió que fa moure cap a baix el pistó i transmet el moviment al cigüenyal.

També, una vegada avall comprimeix la mescla del càrter impulsant-la cap al cilindre.

Etapes del motor de 4 temps● 1a etapa (admissió): el pistó xucla la

mescla si segueix el cícle d'Otto o aire si es de Diesel. Alhora, la vàlvula de sortida es troba tancada i la d'entrada oberta.

● 2a etapa (compressió): el pistó arriba al seu punt més baix, es tanca la vàlvula d'admissió i comença a comprimir.

● 4a etapa (escapament): el pistó empeny els gasos de la combustió, que surten per la vàlvula d'escapament.

● 3a etapa (Explosió): el pistó es troba en la posició màxima comprimint, llavors segons si es de cicle d'Otto salta una espurna que genera l'explosió o si es de Diesel injecta combustible molt pulveritzat que s'autoinflama al contacte amb l'aire (es troba a 600ºC). Això provoca el moviment en sentit oposat del pistó que es transmitirà al cigüenyal.

Tipus de cicles

Diesel i Otto

● Funcionament:

– E-A : Admissió. Obre la vàlvula d'admissió, provocant una expansió a P=ct.

– A-B : Compressió. El pistó puja comprimint l'aire adiabàticament (Q=0)

– B-C : Combustió. Quan el pistó arriba d'alt l'injector introdueix el combustible i s'inflama. Es produiex aportació de calor a P=ct.

– C-D: Expansió. L'alta temperatura empeny el pistó cap avall i transmiteix el moviment al cigüenyal. Procés adiabàtic.

– D-A i A-E : Escapament. S'obre la vàlvula d'escapament i surt el gas a causa de que és empès pel pistó. D-A -> isòcora (V=ct) ; A-E -> isobàrica (P=ct)

*Hi ha que recordar que aquesta explicació es d'un motor de 4t, per a un de 2t les fases es simplifiquen.

*Es diu que és adiabàtic per la gran velocitat del procés.

*Majoritariament usat en motors 4t

EA

D

CB

Cícle de Diesel: Caracteritzat per l'aportació de calor a P=ct

● Cícle d'Otto: caracteritzat per l'aportació de calor a V=ct

● Funcionament:

– E-A: Admissió a P=ct

– A-B: Compressió adiabàtica (Q=0)

– B-C: Combustió, aportació de calor a V=ct i eleva MOLT ràpidament la P

– C-D: Expansió. l'explosió del gas fa un treball en el pistó i provoca una expansió adiabàtica.

– D-A i A-E: Escapament. Primer cedeix a l'ambient el calor a V=ct. Després buida la càmara del cilindre a P=ct

E A

B

C

D

*El funcionament del motor és igual que l'anterior, he omitit la informació.

Diferències principals entre Otto i Diesel.

● Introducció del combustible: en el cicle d'Otto s'introdueix la mescla amb una vàlvula de papallona, mentres que en Diesel hi ha injectors.

● Relació de compressió: normalment en Otto varia entre 6-10, mentres que en el Diesel es troba entre 14-22.

● Pes del motor: el motor d'encès per compressió (Diesel) sol ser més pesat que per espurna (Otto). Provocat per tenir un màxim de pressió més alt.

● Aportació de calor: El cicle d'Otto es fa a V=ct i el Diesel a P=ct

● Inflamació del combustible: en el cicle d'Otto és amb una espurna, mentres que en el Diesel es per la injecció de combustible mentres es troba comprimint l'aire.

La refrigeració. Tipus

● D'Aigua: s'anomena d'aigua però es fa ús de líquids diferents a l'oli. Sol ser una mescla d'etilenglicol i aigua.

S'utiliza bàsicament la circulació forçada, es a dir, es fa un cícle on una bomba fa passar el líquid fred pels cilindres, la culata i termina en un radiador on cedeix calor a l'exterior. Per a millorar més la refrigeració es sol posar també un ventilador al costat del radiador.

*Esquema d'un sistema de refrigeració amb aigua d'un motor de combustió

interna.

*Motor d'aviació on es pot observar el seu sistema de refrigeració per aire.

aletes de refrigeració

● D'Aire: s'utilitza l'aire del propi desplaçament de la màquina o forçat mecànicament per a fer-lo passar entre els cilindres i refredarlos. Són compactes i amb característiques bones per a aviació.

La refrigeració. Tipus

Disposició de cilindres

● En V: els cilindres es troben agrupats en dos blocs però amb un mateix cigüenyal. Destaca per ser més compacte i ocupar menys espai, fent-lo més resistent, amb menys pes i abaratant els costos de materials.

● En Línia: normalment entre 2 i 8 cilíndres alineats en una mateixa fila sense desplaçaments. Destaca en l'automoció per ser molt estable i sencill.

● En estrella o radial: bàsicament es troba el motor de tipus radial i els de tipus rotatiu diferenciats per la rotació del seu cigüenyal( Radial=>gira el cigüenyal ; Rotatiu => gira tot el bloc).

Com a principals avantatges té: millor rendiment de la refrigeració per la seva àrea frontal i la seva simplicitat, que fa que sigui fiable, barat i fàcil de montar.

● En oposició: segons el lloc es refereix al motor bòxer o de 180º.

Els avantatges principals en els motors bòxer és la seva menor altura i el seu centre de gravetat, situat mes avall.

En canvi, en els motors de 180º tenen el monyó(part del cigüenyal) més curt, fent-lo més compacte.

Lubricació

● La lubricació és MOLT important per a un motor, sense aquesta podria arribar a “griparse” i tenir que fer una gran reparació o directament canviar el cilindre...

● Per al motor de 2t el mateix combustible és qui porta l'oli, aquest en el seu recorregut va depositant-se en les parets del cilindre, pistó i altres elements. A això es coneix com “Engrase por mezcla”

● Pel que fa al motor de 4t principalment s'utilitza el mètode de “Engrase por circulación”, en el qual amb una serie de conductes una bomba suministra l'oli on fa falta. A més, el propi motor amb el seu gir fa que l'oli xopi tot.

Millores dels motors

● Hi ha moltes modificacions per a provocar una millora en el rendiment dels motor. Algunes millores són més simples i altres es necessita un taller:

● Modificacions sencilles:

– Kit d'admissió directa: elimina el filtre millorant l'entrada d'aire i així incrementant la potència i baixant el consum.

– Aditius especials: augmentaràn les condicions del motor reduint fregament i millorant l'octanatge, es a dir, incrementarà la qualitat del combustible i rendirà millor.

... i molts més

● Modificacions de taller:

– Modificacions en la culata per a trucar la relació de compressió.

– Canvi de l'arbre de leves per unes més “deportives” (més temps d'apertura)

– Increment de les vàlvules segons la càmara on es produirà l'explosió.

– Sobrealimentació de motors forçant l'entrada d'aire

– Ordinador d'abord: controlen sensors que modificaràn paràmetres per a millorar les especificacions.

Concepte parell i la seva relació amb la potència i revolucions.

● El par és molt resumidament una força rotacional. Es troba definida per la fórmula:

M = r·F = P/w

● Per altra banda tindriem una altra relació:

P = M·w

Amb aquesta ja podem dir que hi ha una relació entre les dues i amb la velocitat angular.

Partint d'aquí, un motor segons la seva construcció té unes gràfiques Par/rpm y P/rpm.

*Lloc on haurà la força rotacional

Gràfica de la relació par, potència i velocitat angular

● La potència i el parell del motor són dues magnituds que mostren la força que pot arribar a fer un motor en concret.

● La potència i el parell del motor varien en funció de les revolucions de gir d'aquest, de manera que va augmentant segons s'accelera fins arribar a un punt on el par comença a disminuir si es segueix accelerant. Això és provocat per l'augment de les revolucions i com a conseqüència la menor entrada d'oxigen per a l'explosió.

Exemple

● Un exemple per a explicar millor l'utilitat d'aquest concepte pot ser amb un motor d'un remolcador de vaixells. Per a aquest es necesita un motor amb unes hèlix de gran diàmetre i poques revoluciones, ja que si es fes amb unes petites però amb moltes revolucions no tendria la força necessària per a realitzar la seva tasca.

Bibliografia

• El meu pare (mecànic)

• http://motos.about.com/od/mecanica-basica/ss/Como-Funciona-Un-Motor-De-2-Tiempos.htm

• http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_cuatro_tiempos

• http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Otto

• http://es.wikipedia.org/wiki/Disposici%C3%B3n_del_motor

• http://www.bolido.com/2010/12/sin-terminartipos-y-geometria-de-los-motores-a-combustion/

• http://www.bolido.com/2011/08/tipos-y-geometrias-de-motores-a-combustion-segunda-parte/

• http://www.taringa.net/posts/autos-motos/12141772/Disposicion-de-los-cilindros.html

• http://www.demotor.net/diferencias_entre_motor_otto_y_motor_diesel.html

• http://rediok.blogspot.com.es/

• http://investigacion-reconstruccion-trafico.blogspot.com.es/2012/09/la-potencia-y-el-par-motor.html

• http://www.slideshare.net/guest97d4d7/elementos-y-modificaciones-que-aumentan-la-potencia-del-motor