El motor és el cor d'un cotxe. És una màquina complexa construïda per convertir la calor del gas en combustió en la força que fa girar les rodes de la carretera. Els vehicles es mouen com a resultat de la combinació de dos processos que tenen lloc en el motor de combustió interna (ICE): l'encesa i la combustió del combustible es produeix dins del propi motor. Aleshores, el motor converteix parcialment l'energia de la combustió en calor i parell mecànic. Perquè això passi, el motor està format per diversos components individuals que funcionen simultàniament (tots essencials).
Conceptes bàsics del motor del cotxe
El motor de combustió interna (ICE) és el que utilitzen la majoria dels cotxes actuals. Perquè el motor funcioni i produeixi potència, es requereix una barreja d'aire i combustible principalment. La majoria dels motors dels cotxes funcionen amb combustibles fòssils, principalment dièsel i gasolina. Alguns altres motors funcionen amb bioetanol o hidrogen. Independentment del combustible, la majoria dels motors dels cotxes funcionen amb el mateix principi. Tanmateix, hi ha algunes diferències segons el combustible utilitzat. Per exemple, els motors dièsel no tenen bugies. En canvi, el combustible es crema a causa de l'aire calent altament comprimit.
Generació d'energia
En termes simples, la manera com un motor produeix potència es pot descriure en quatre passos.
- Inducció: el combustible s'afegeix al cilindre mitjançant un injector de combustible, juntament amb l'aire.
- Compressió: el pistó, situat en el mateix cilindre, comprimeix la mescla aire-combustible.
- Potència: a mesura que es tanquen les vàlvules, la bugia encén la barreja aire-combustible, produint energia.
- Escapament: el pistó es veu forçat cap avall per l'explosió, transferint l'energia al cigonyal i empenyent els gasos cremats cap a l'escapament.
Aquests quatre passos es produeixen en la majoria de motors de combustió interna que utilitzen gasolina. Els quatre passos s'anomenen "cicle de quatre temps" que existeix en els anomenats motors de quatre temps.
Components d'un motor
El motor de combustió interna consta de moltes parts, les més fonamentals són les següents:
- Bloc del motor
- cigonyal
- Pistó
- arbre de lleves
- Injector de combustible
- Múltiple d'escapament
Totes aquestes peces i més són components típics d'un motor de combustió interna de quatre temps, que utilitzen la majoria dels cotxes que funcionen amb combustibles fòssils. Els components esmentats anteriorment són els responsables de generar potència, però es necessiten molts altres components i sistemes perquè el motor funcioni. Això inclou un sistema de lubricació, sistema de refrigeració, sistema d'arrencada, unitat de control del motor (ECU) i molt més.
1. Bloc motor
El bloc del motor és el nucli del motor. La majoria dels motors moderns consisteixen en un monobloc, és a dir, tots els cilindres comparteixen el mateix bloc. El bloc del motor no només ofereix espai per als cilindres, sinó que també inclou galeries d'oli i conductes de refrigeració, que permeten que el motor es lubri i es refredi, respectivament.
És possible que hagis sentit parlar de motors anomenats V8, V12, 4 en línia, motor boxer, etc. Aquests noms estan dictats per com s'alineen els cilindres al bloc del motor. A continuació s'enumeren els tipus més comuns de motors de combustió interna. Hi ha altres tipus i variacions, però són molt menys freqüents.
a. Motor en V
Els motors en V, com ara V6, V8 i V12 s'anomenen així perquè els cilindres estan alineats de manera que formen una "V" quan es veuen des d'una perspectiva frontal o posterior. El nombre indica el nombre de cilindres del bloc del motor. Un V6 té sis cilindres, mentre que un V10 té deu cilindres, etc.
b. Motor en línia
Es configura un motor en línia perquè els cilindres estiguin alineats en una fila recta. Aquests motors solen tenir 4 cilindres o menys i són més barats de produir.
c. Motor boxer
El motor boxer és un tipus específic de motor pla. Els pistons es troben plans i cada parell de pistons oposats es mou simultàniament cap a dins i cap a fora. El moviment del parell de pistons que llisquen cap endavant i cap enrere s'assembla al dels boxejadors durant una baralla, llançant-se cops els uns als altres, d'aquí el nom.
d. Motor rotatiu
Els motors Wankel, també anomenats motors rotatius, no utilitzen gens pistons. En canvi, utilitzen un rotor en forma de triangle. Avui en dia, els motors rotatius són molt rars i només uns quants models de cotxes els fan servir. Han cridat l'atenció de molts entusiastes dels cotxes, ja que el motor és capaç i li agrada córrer a altes RPM.
2. Cigonyal
Els pistons estan exposats a les reaccions que tenen lloc a la cambra de combustió. Quan el combustible s'encén, l'energia força els pistons cap avall. Els pistons estan connectats al cigonyal mitjançant bielles. A mesura que es mouen els pistons, també ho fa el cigonyal. El moviment de pujada i baixada dels pistons es tradueix en un moviment de rotació al cigonyal. El cigonyal està exposat a forces enormes.
Al cap i a la fi, la potència que manté el vostre cotxe relativament pesat en moviment passa pel cigonyal. A més, gran part de l'energia del cigonyal es perd per fricció. A mesura que el cigonyal converteix el moviment lineal en rotació, el volant suavitza la potència. El lliurament de potència continua a la transmissió, on es troba un embragatge entre el cigonyal i la transmissió.
La transmissió està connectada a l'eix de sortida, que al seu torn està connectat als eixos. Els eixos estan connectats a les rodes, completant el recorregut de la potència creada pel cilindre. El cigonyal no només proporciona potència de rotació a la transmissió. A mesura que gira, les politges connectades al cigonyal es connecten al seu torn a cinturons d'accessoris que alimenten altres components del cotxe com l'alternador, l'arbre de lleves i la bomba de direcció assistida.
3. Pistó
Com heu vist, el pistó és una cosa que s'esmenta amb freqüència en el procés de creació de potència en un motor de combustió interna. El pistó està tancat als cilindres del bloc del motor. No s'escapa ni escapa res del pistó, ja que els anells del pistó, que estan units al pistó, creen un segellat perfecte per tal de proporcionar la compressió necessària per a la combustió del combustible. La part superior del cilindre, la part que no ocupa el pistó, s'anomena cambra de combustió.
La cambra de combustió es fa cada cop més petita a mesura que el pistó es mou cap a la part superior del cilindre. A mesura que el pistó es mou cap amunt i la cambra de combustió es fa més petita, es crea una gran quantitat de calor i pressió i la barreja combustible-aire explota, alliberant energia i produint potència. Com s'ha esmentat anteriorment, els motors dièsel no depenen de les bugies. En canvi, el combustible s'encén per la compressió massiva causada pel pistó fent que la cambra de combustió sigui "més petita".
4. Arbre de lleves
Com s'ha esmentat a la secció del cigonyal, l'arbre de lleves està connectat al cigonyal, proporcionant un moviment sincrònic al bloc del motor. L'arbre de lleves acciona les vàlvules d'admissió i d'escapament, permetent que l'aire i el combustible entrin a la cambra de combustió. És possible que hagis sentit parlar de corretges de distribució o cadenes de distribució. Aquests són els que connecten el cigonyal i l'arbre de lleves.
Asseguren que les vàlvules s'obrin completament quan el pistó es troba a la posició més baixa, proporcionant combustible i aire al cilindre, i tanquen les vàlvules quan el pistó es dirigeix cap a la part superior del cilindre, encenent el combustible. Si el vostre cotxe té una corretja de distribució, és important canviar-la a intervals determinats pel fabricant del vostre cotxe. La fallada de la corretja de distribució pot provocar grans danys al motor, ja que els components del motor que no estan destinats a tocar-se ho fan de manera violenta.
5. Injector de combustible
Els cotxes antics amb motor de gasolina utilitzaven carburadors. Quan el peu dret premeu el pedal del gas, la vàlvula de l'accelerador s'obriria, deixant que l'aire es mogués a través del carburador. A mesura que l'aire passava pel carburador, també passava el combustible. L'aire va "arrossegar" el combustible amb ell des del recipient de combustible del carburador anomenat "bol flotant". Això va ser possible gràcies a la física fantàstica o, més concretament, pel principi de Bernoulli, que feia que l'aire i el combustible fos relativament proporcional.
La mescla aire-combustible aniria després al col·lector d'admissió i a les vàlvules d'admissió, on es produiria la combustió al cilindre. Avui dia, s'utilitza un injector de combustible, que proporciona una quantitat més precisa de combustible a través d'un broquet. També hi ha diferents tipus d'injectors de combustible, definits principalment per la formació de la mescla externa i la formació de la mescla interna.
En general, com el seu nom indica, els injectors de combustible de formació de mescles externes es barregen abans que entri a la cambra de combustió. La formació interna de la mescla normalment injecta combustible directament a la cambra de combustió. Els cotxes moderns tenen diferents tipus de sensors i altres aparells electrònics que garanteixen que la relació aire-combustible sigui satisfactòria, amb l'ajuda del sistema d'injecció de combustible.
6. Col·lector d’escapament
Quan el combustible s'ha cremat, els gasos d'escapament han d'escapar de la cambra de combustió. Ho fa mentre el pistó es mou cap amunt i la vàlvula d'escapament està oberta. Pot semblar que aquest és un procés molt senzill. En comparació amb altres components i sistemes del motor, ho és. Tanmateix, també hi ha molta enginyeria darrere d'aquests sistemes. Per simplificar les coses, no entrarem en massa detalls.
Si voleu obtenir més informació sobre el col·lector d'escapament i l'enginyeria que hi ha darrere, la Viquipèdia té un article fantàstic i concís al respecte. Val la pena esmentar que el combustible no cremat també passa pel col·lector d'escapament. Al col·lector està equipat un sensor d'oxigen, que proporciona retroalimentació al sistema d'injecció de combustible si la relació combustible-aire és massa rica o magra.
Motors de vehicles híbrids
A hores d'ara, hauríeu de tenir una comprensió general de com funciona el motor d'un cotxe. Fins ara, s'han descrit majoritàriament cotxes amb motor de gasolina i dièsel, però hi ha un tipus de cotxe una mica més complex: el motor dels vehicles híbrids. Un híbrid és quelcom creat combinant dos elements diferents. En el món de l'automòbil, un vehicle híbrid sol significa que el cotxe funciona amb dos tipus de potència: elèctrica i de gasolina. En general, hi ha tres tipus de vehicles híbrids:
- Híbrid complet
- Híbrid suau
- Híbrids endollables
Aquests tipus es divideixen en funció del grau d'hibridació.
- Un vehicle híbrid complet pot funcionar tant amb el motor com amb les bateries, o amb qualsevol dels dos individualment.
- Un vehicle híbrid suau no té un motor elèctric o un generador que sigui capaç d'alimentar el cotxe per si mateix. Els híbrids suaus utilitzen un motor elèctric que també substitueix l'alternador tradicional. El motor elèctric ajuda el cotxe i estalvia combustible, per exemple, apagant el motor de combustió interna quan es mou per inercia, està parat o frena. També pot ajudar el motor de combustió interna en accelerar i alguns també admeten la frenada regenerativa. Quan la frenada regenerativa està activa, l'energia cinètica generada pel gir de les rodes s'emmagatzema com a electricitat. En cert sentit, això és molt semblant a un alternador que produeix electricitat. Tanmateix, en comptes de la potència cinètica del cigonyal, aquesta energia prové de les rodes.
- Un híbrid endollable és similar a un híbrid complet. La diferència rau en la mida de la bateria, ja que un híbrid endollable és molt més gran. També cal connectar el cotxe per carregar-lo completament, d'aquí el nom híbrid endollable.
Com funcionen els motors de vehicles híbrids?
Les classificacions anteriors es defineixen per la capacitat del motor elèctric. En els apartats següents, es tractaran els diferents tipus d'implementació híbrida en disseny. Veurem tres tipus de dissenys híbrids. Ells són:
- Híbrid paral·lel
- Sèrie híbrida
- Híbrid sèrie-paral·lel
a. Híbrid paral·lel
Imagineu un motor de cotxe produint potència i transferint aquesta potència a un eix que, al seu torn, transfereix aquesta potència a les rodes. A l'altre extrem, teniu un motor elèctric que transfereix la seva potència al mateix eix. Aquest és el principi bàsic d'un híbrid paral·lel. Tant el motor de combustió interna com el motor elèctric envien potència al mateix eix. En la majoria dels casos, el motor elèctric es troba entre el motor i la transmissió.
b. Sèrie híbrida
És possible que hagis sentit parlar de "vehicles elèctrics d'autonomia ampliada". Són híbrids que utilitzen motor(s) elèctric(s) i motor de combustió interna. La clau amb els híbrids de sèrie és que el motor no està connectat a les rodes de cap manera. En canvi, el motor està connectat a un generador, que subministra electricitat al motor elèctric. El motor de combustió interna s'encén quan no hi ha més càrrega a la bateria, alimentant directament el motor elèctric. També es pot utilitzar per carregar la bateria.
c. Híbrid sèrie-paral·lel
Com el seu nom indica, l'híbrid sèrie-paral·lel combina el disseny de l'híbrid paral·lel i l'híbrid de sèrie. En altres paraules, el motor de combustió interna proporciona energia tant a les rodes com a un generador.
Com funcionen els vehicles elèctrics?
Els cotxes totalment elèctrics no tenen motor. Pel que fa als components, tenen un disseny molt més senzill sense necessitat d'alternadors, sistemes d'escapament, injeccions de combustible, cilindres, etc. A causa de la manca d'un motor gran, molts cotxes elèctrics, a més d'un maleter, tenen un maleter davanter, de vegades anomenat "frunk". Això pot ser útil, ja que ofereix més espai d'emmagatzematge al cotxe. En lloc d'un motor, s'utilitzen un o diversos motors elèctrics.
La ubicació del motor varia segons el model del cotxe. Alguns el tenen exclusivament a l'eix davanter, mentre que altres tenen dos motors per a l'eix davanter i posterior. Alguns cotxes esportius elèctrics de gamma alta fins i tot utilitzen un motor per a cada roda. Sigui quin sigui el preu, els vehicles elèctrics funcionen de manera molt semblant. Un cotxe totalment elèctric consta de diversos components, que inclouen:
- Bateria
- Motor elèctric de tracció
- Sistema tèrmic
- Port de càrrega
- Convertidor CC / CC
- Controlador electrònic de potència
- Bateria de tracció
- transmissió
No hi ha massa components, ni necessiten lubricació d'oli tradicional, un sistema d'escapament, etc. Gràcies a això, els cotxes elèctrics són molt més fàcils de mantenir i mantenir que els cotxes tradicionals amb motor de combustió interna.
De la sortida al món
Hi ha carregadors dedicats per a cotxes elèctrics. No obstant això, la majoria dels cotxes elèctrics admeten la càrrega des d'una presa normal que tingueu a casa. Com l'electricitat de casa teva fa que el teu cotxe circuli potencialment per tot el món (sempre que hi hagi electricitat disponible)? Vegem els diferents components d'un cotxe elèctric:
a. Port de càrrega
El primer pas és carregar el cotxe connectant el carregador al port de càrrega. El corrent altern (AC) passa pel carregador integrat que el converteix en corrent continu (DC), que després s'emmagatzema a la bateria de tracció.
b. Convertidor DC/DC
La potència de CC d'alta tensió que s'emmagatzema al paquet de bateries de tracció és massa forta per als accessoris del vehicle. Per solucionar aquest problema, el convertidor DC/DC el converteix en DC de baixa tensió, que pot alimentar els accessoris del vehicle. La bateria emmagatzema i proporciona electricitat per als mateixos accessoris.
c. Motor elèctric de tracció
El motor elèctric és el que fa girar les rodes i manté el cotxe en moviment. L'energia prové de la bateria de tracció.
d. Bateria de tracció
La bateria de tracció és la bateria encarregada d'alimentar el cotxe. Normalment són bateries de polímer de liti i ions de liti. A causa de la gran mida, la bateria es troba a la part inferior del cotxe.
e. Controlador electrònic de potència
El controlador electrònic de potència és el cervell dels processos elèctrics. Determina la velocitat del motor elèctric, l'energia lliurada a la bateria i molt més.
f. Transmissió
La transmissió transfereix la potència del motor elèctric a les rodes. A diferència dels motors de combustió interna tradicionals, la transmissió de la majoria dels cotxes elèctrics només té una marxa.
g. Sistema tèrmic
El sistema tèrmic refreda tot el sistema. És un component molt important ja que el rendiment del cotxe es veu molt afectat per la seva temperatura.
resum
Un motor de combustió interna és un motor molt sofisticat que normalment funciona amb gasolina o dièsel. La diferència més gran entre els motors de gasolina i dièsel és que un motor dièsel no depèn de les bugies sinó de la compressió. Els motors d'automòbils que utilitzen dues o més fonts d'energia s'anomenen híbrids. Normalment, els híbrids consisteixen en un motor de combustió interna i un motor elèctric.
Els híbrids es poden classificar per disseny o per l'abast de la hibridació. La majoria dels cotxes híbrids utilitzen un disseny híbrid en sèrie-paral·lel on el motor de combustió interna proporciona energia tant a un generador com a les rodes. Un cotxe totalment elèctric té menys components que un motor tradicional. Són molt més fàcils de mantenir ja que tenen menys peces i no necessiten ser lubricades per cap oli, per exemple.
