Els Motors de Combustió: Funcionament, Tipus i Evolució

La Combustió i els Motors Tèrmics

La combustió és el procés en què es crema el combustible i es transforma l'energia química en tèrmica. Per a aquest procés són necessaris: el combustible, l'oxigen i un element que aporti calor. Hi ha dos tipus de classificació: segons el lloc d'origen (combustió externa o interna) i segons el moviment (alternatius o rotatius).

La Màquina de Vapor

Amb la màquina de vapor s'aconsegueix moure trens, vaixells, màquines i automòbils. Recorre a la pressió del vapor d'aigua quan s'escalfa en un foc exterior del motor, fet que origina un moviment alternatiu que es transforma en circular. Dins el cilindre, el vapor treballa en dues fases: primer empeny el pistó per un costat i, després, pel costat contrari.

Motor d'Explosió de Quatre Temps

Es tracta d'un motor de combustió interna format per un cilindre i un pistó que es mou per dins. Si el combustible és gasolina, dins del cilindre té lloc una explosió de la mescla quan la bugia fa una guspira. El pistó hi llisca amunt i avall i es produeix un desplaçament entre el PMS (Punt Mort Superior) i el PMI (Punt Mort Inferior). Al damunt del pistó, la culata fa un buit, la cambra de compressió, on s'acumula la mescla abans no es cremi. Del pistó arrenca una biela que s'acobla al colze del cigonyal. Aquests components transformen el moviment alternatiu del pistó en rotatori. El volant fa girar el motor entre cada explosió. Als costats del cilindre hi ha el conducte d'entrada i el de sortida, que es tanquen mitjançant la vàlvula d'admissió i la vàlvula d'escapament.

Fases del Cicle Tèrmic

Dels processos que tenen lloc al cilindre en diem cicle tèrmic i es caracteritzen per quatre fases:

• 1) Admissió: En engegar el motor, el pistó baixa del PMS fins al PMI. La vàlvula del conducte d'admissió s'obre i la mescla de gasolina i aire entra al cilindre.
• 2) Compressió: El pistó comença a pujar fins al PMS i comprimeix la mescla dels gasos.
• 3) Explosió-expansió: La mescla s'encén per mitjà d'una guspira elèctrica que fa la bugia. L'explosió llança el pistó des del PMS fins al PMI.
• 4) Escapament: El pistó, des del PMI cap al PMS, empeny els gasos i els fa sortir a l'exterior per la vàlvula d'escapament.

Parts del Motor d'Explosió

• Motor d'arrencada: Petit motor elèctric que arrossega tot el motor en el moment d'engegar-lo i s'acciona amb la clau de contacte.
• Delco: Proporciona corrent elèctric a les bugies del motor.
• Cigonyal: Permet imprimir el moviment a altres parts de l'automòbil.
• Càrter: Recipient que conté l'oli lubrificador.
• Refrigeració del motor: Circuit amb canonades d'aigua i un ventilador.
• L'escapament: Porta el fum del motor a l'exterior.

Característiques dels Motors

• Potència: Mesura de la quantitat de treball que el motor és capaç de fer en un determinat temps (expressada en cavalls).
• Diàmetre interior del cilindre: Mesurat en mil·límetres (mm).
• Cursa: És la longitud que hi ha entre el PMS i el PMI d'un cilindre (mm).
• Cilindrada: Volum interior del cilindre entre el PMS i el PMI (cm³).
• Relació de compressió: Quocient de dividir el volum que ocupa la mescla quan el pistó és al PMI i el volum que ocupa quan torna al PMS.

Motors de Dos Temps

Són les curses per completar el cicle que fa l'èmbol, que en són dues: una de pujada i una altra de baixada.

• Primer temps:
  • Primera fase: El pistó puja i comprimeix els gasos cap a la cambra de compressió.
  • Segona fase: Quan el pistó és al PMS, la guspira produïda en la bugia encén la barreja i es produeix l'explosió que empeny el pistó cap al PMI. Per la lluerna entra la barreja de combustible i aire.
• Segon temps:
  • Tercera fase: Durant el moviment del pistó cap al PMI, es tanca la lluerna de càrrega. El pistó comença a pujar, comprimeix els gasos a la cambra de compressió i es repeteix de nou el cicle.

El Motor Dièsel

El seu inventor va ser Rudolf Diesel l'any 1897. El seu funcionament es duu a terme en un cicle de quatre temps. En l'admissió entra l'aire al cilindre; llavors, la compressió efectuada és només de l'aire atmosfèric. Es produeixen unes temperatures altíssimes i, quan s'injecta el gasoil dins el cilindre, s'inflama i es provoca la combustió.

La Turbina de Vapor

És una màquina que recorre al vapor d'aigua i funciona a gran pressió per moure una roda. Consta de dues parts: una de fixa, el distribuïdor, i una altra de mòbil, el rodet. El vapor d'aigua entra a gran pressió a la turbina, xoca contra els àleps i els fa girar. Passa a una altra cambra amb un altre joc d'àleps fins que el vapor surt de la turbina.

Motors de Reacció

L'aire entra per la part del davant del reactor i és expulsat a gran velocitat per la posterior. En sortir a gran velocitat, l'aire impel·leix l'avió endavant. L'hèlix, en girar, introdueix aire al motor i aquest troba uns compressors que en fan augmentar la pressió comprimint-lo. L'aire entra a gran pressió a la cambra de combustió on s'introdueix el querosè. Llavors es produeix una combustió contínua; els gasos a gran temperatura experimenten una expansió i es dirigeixen a gran velocitat al tub d'escapament. Els gasos passen per unes turbines que fan girar totes les parts mòbils del motor.

Combustibles Alternatius

Són motors que no contaminen. Exemples:

• Motors d'hidrogen: Utilitzen hidrogen com a combustible. Hi ha dos tipus: el motor de quatre temps i el motor Wankel.
• Els biocombustibles: D'origen biològic, es classifiquen en:
  • Bioetanol: Combustible obtingut de les plantacions de canya de sucre, remolatxa, blat de moro o melca.
  • Biodièsel: Combustible elaborat a partir d'olis vegetals.