Cómo Funcionan los Motores de Automóviles
El Comienzo
Un auto es uno de los más complicados objetos que una persona observa durante un día normal. Los autos tienen miles de partes, y todas ellas funcionan en conjunto día a día. Sin embargo, los principios básicos detrás de todos los motores de autos son muy simples y una vez los entienda muchas cosas acerca de los carros tendrán sentido.
El propósito de un motor de auto a gasolina es, convertir la gasolina en movimiento para que se pueda mover. Actualmente la manera más fácil de crear movimiento con la gasolina es quemarla dentro del motor. Entonces, un motor de auto está generalmente relacionado con una máquina de combustión interna.
Existen también diferentes tipos de de combustión interna. El motor con turbina de gas es otro de combustión interna. Las turbinas de gas tienen interesantes ventajas y desventajas, pero su principal desventaja ahora mismo es su alto precio de fabricación (son más costosos que los motores de pistón usados en los autos de hoy).
Casi todos los autos de hoy utilizan combustión interna recíproca porque esas máquinas son relativamente eficientes (comparados con máquinas de combustión externa), relativamente baratas (comparadas a las turbinas de gas) y relativamente fácil de cargar (comparada a un auto eléctrico). Esas ventajas sobresalen para mover un auto.
Combustión Interna
Casi todos los autos de hoy utilizan lo que es llamado un ciclo de combustión de cuatro tiempos para convertir gasolina a movimiento. El ciclo de cuatro tiempos también es conocido como ciclo de Otto, en honor a Nikolaus Otto quien lo inventó en 1867. El ciclo es ilustrado en la siguiente figura. Estos son:
- Succión
- Compresión
- Encendido
- Descarga
Puede observar en la figura que un dispositivo llamado pistón reemplaza a la papa en el cañón. El pistón está conectado a una polea que rota mediante una biela. Mientras se rota, se obtiene el efecto de "resetear el cañón". Así que el pistón comienza otra vez, la válvula de succión se abre y el pistón baja para dejar que el motor tome aire y gasolina mediante un cilindro durante el proceso de succión. Sólo una pequeña gota de gasolina se necesita para ser mezclada con el aire para que funcione. Entonces el pistón se regresa para comprimir esta mezcla de aire/combustible.
La compresión hace que la explosión sea más poderosa. Cuando el pistón alcanza el límite superior, se emite una chispa para encender la gasolina. La carga de gasolina en el cilindro explota, haciendo que el cilindro baje. Una vez que el cilindro bajó se abre la válvula de descarga y se deja que esta deje el cilindro para ir al tubo de escape.
Ahora la máquina está lista para el siguiente ciclo, así que succiona otra carga de gas y note que el movimiento que viene de una combustión interna es rotacional, mientras que el movimiento que obtuvo la papa es lineal. En una máquina el movimiento lineal es convertido a rotacional por la polea. El movimiento rotatorio es conveniente porque deseamos rotar las ruedas del auto como sea.
How Automobile Engines Work
The Beginning
A car is one of the most complicated objects a person observes during a normal day. Cars have thousands of parts, and they all work together day in and day out. However, the basic principles behind all car engines are very simple and once you understand them many things about cars will make sense.
The purpose of a gasoline-powered car engine is to convert gasoline into motion so that it can move. Actually the easiest way to create motion with gasoline is to burn it inside the engine. So, a car engine is generally related to an internal combustion engine.
There are also different types of internal combustion engines. The gas turbine engine is another internal combustion engine. Gas turbines have interesting advantages and disadvantages, but their main disadvantage right now is their high manufacturing price (they are more expensive than the piston engines used in today's cars).
Almost all cars today use reciprocating internal combustion because these machines are relatively efficient (compared to external combustion machines), relatively inexpensive (compared to gas turbines) and relatively easy to charge (compared to an electric car). These advantages stand out for moving a car.
Internal Combustion
Almost all cars today use what is called a four-stroke combustion cycle to convert gasoline to motion. The four-stroke cycle is also known as the Otto cycle, after Nikolaus Otto who invented it in 1867. The cycle is illustrated in the figure below. These are:
1. Suction
2. Compression
3. Ignition
4. Unloading
You can see in the figure that a device called a piston replaces the potato in the barrel. The piston is connected to a pulley that rotates by means of a connecting rod. As it rotates, the effect of "resetting the barrel" is obtained. So the piston starts again, the suction valve opens and the piston lowers to let the engine take in air and gasoline via a cylinder during the suction process. Only a small drop of gasoline is needed to be mixed with the air to make it work. Then the piston is returned to compress this air/fuel mixture.
Compression makes the explosion more powerful. When the piston reaches the upper limit, a spark is emitted to ignite the gasoline. The gasoline charge in the cylinder explodes, causing the cylinder to drop. Once the cylinder is down, the discharge valve is opened and allowed to leave the cylinder to go to the exhaust pipe.
Now the machine is ready for the next cycle, so it sucks in another charge of gas and note that the motion that comes from an internal combustion is rotational, while the motion that the potato got is linear. In a machine the linear motion is converted to rotational by the pulley. The rotational motion is convenient because we want to rotate the wheels of the car however we can.
Partes de un Motor
La figura de la izquierda indica todas las partes en un motor de 4 ciclos simple. He aquí una simple descripción de cada una, además de un vocabulario que le ayudará a entender de qué se habla cuando de autos se trata.
Cilindro: el pistón se mueve de arriba a abajo dentro del cilindro. El motor descrito aquí tiene un cilindro. Lo que es típico en las máquinas cortadoras de césped, pero los autos tienen más de un cilindro (4, 6 y 8 son los más comunes). En motores multi-cilindros estos están colocados en una de tres formas: en línea, en V u opuestos, tal como se muestra:
Parts of an Engine
The figure on the left shows all the parts in a simple 4-cycle engine. Here is a simple description of each, plus some vocabulary to help you understand what we are talking about when it comes to cars.
Cylinder: the piston moves up and down inside the cylinder. The engine described here has one cylinder. This is typical in lawn mowers, but cars have more than one cylinder (4, 6 and 8 are the most common). In multi-cylinder engines these are arranged in one of three ways: in line, in V or opposed, as shown:
(
Productor de chispa: Este provee la chispa que enciende la mezcla de aire/combustible para que pueda ocurrir la combustión. La chispa debe suceder justo en el momento exacto.
Válvulas: Las válvulas de succión y descarga se abren en el instante en que la mezcla entra y cuando sale. Note que las válvulas están cerradas durante la compresión y la combustión mientras que la cámara de combustión está sellada.
Pistón: un pistón es una pieza de metal cilíndrica que se mueve de arriba a abajo dentro del cilindro.
Anillos del Pistón: proveen un sello movible entre los bordes exteriores e interior del cilindro. Los anillos sirven para dos propósitos 1) Previenen que la mezcla de aire/combustible en la cámara de combustión se filtre durante la compresión y combustión, y 2) Mantienen al aceite lejos del área de combustión, donde sería quemado. La mayoría de autos "queman aceite" y se les debe añadir un cuarto por cada 1000 millas.
Cámara de combustión: esta es el área donde la compresión y la combustión tienen lugar. Mientras el pistón se mueve de arriba a abajo, puede ver que el tamaño de la cámara de combustión cambia. Tiene un volumen máximo y un mínimo. La diferencia entre el máximo y el mínimo es llamada desplazamiento, y es medida en litros o en centímetros cúbicos (CC's) donde 1000 cc equivalen a un litro. Así que si tiene un motor de cuatro cilindros y cada cilindro se desplaza medio litro, entonces el motor es "un motor de 2.0 litros". Si cada cilindro se desplaza medio litro y hay 6 cilindros colocados en V tiene un "3.0 litros V6". Generalmente el desplazamiento le dice algo acerca de cuánto poder tiene un motor. Un cilindro que desplace medio litro puede almacenar el doble de aire/combustible que desplaza un cuarto de litro, y por ello se esperará cerca del doble de poder del cilindro más grande (si todo lo demás es igual). Así que un motor 2.0 litros es la mitad de poderoso que uno 4.0 litros. Puede obtener mayor desplazamiento incrementando el número de cilindros o agrandando la cámara de combustión (o los dos).
Conector: conecta el pistón a la polea. Puede rotar y moverse para que la polea ruede.
Polea: hace que el movimiento de arriba a abajo de pistón se transforme en un movimiento circular.
Spark Producer: This provides the spark that ignites the air/fuel mixture so that combustion can occur. The spark must happen at exactly the right time.
Valves: The suction and discharge valves open at the instant the mixture enters and when it exits. Note that the valves are closed during compression and combustion while the combustion chamber is sealed.
Piston: A piston is a cylindrical piece of metal that moves up and down inside the cylinder.
Piston Rings provide a movable seal between the outer and inner edges of the cylinder. The rings serve two purposes 1) They prevent the air/fuel mixture in the combustion chamber from leaking during compression and combustion, and 2) They keep oil away from the combustion area, where it would be burned. Most cars "burn oil" and should have one quart added per 1000 miles.
Combustion chamber: this is the area where compression and combustion take place. As the piston moves up and down, you can see the size of the combustion chamber change. It has a maximum and a minimum volume. The difference between the maximum and minimum is called displacement, and is measured in liters or cubic centimeters (CC's) where 1000 cc's equals one liter. So if you have a four cylinder engine and each cylinder displaces half a liter, then the engine is "a 2.0 liter engine". If each cylinder displaces half a liter and there are 6 cylinders arranged in V's you have a "3.0 liter V6". Generally the displacement tells you something about how much power an engine has. A cylinder displacing a half liter can store twice as much air/fuel as it displaces a quarter liter, and so you would expect about twice as much power from the larger cylinder (all else being equal). So a 2.0 liter engine is half as powerful as a 4.0 liter. You can get more displacement by increasing the number of cylinders or enlarging the combustion chamber (or both).
Connector: connects the piston to the pulley. It can rotate and move to make the pulley roll.
Pulley: causes the up-and-down motion of the piston to become a circular motion.