Como ingeniero, sabe que cada hazaña tecnológica impresionante es posible gracias a un complicado sistema de piezas que funcionan juntas a la perfección.
El motor automotriz, que utiliza combustible para mover automóviles, aviones, tractores, autobuses y motocicletas, puede ser el mejor ejemplo de esto.
Ya sea que sea un estudiante de ingeniería o un profesional experimentado, aprenderá algo nuevo sobre esta importante tecnología y las mentes brillantes que la hicieron posible.
¡Así que abróchese el cinturón y únase a nosotros en este viaje educativo a través del corazón del motor automotriz!
Introducción a los motores automotrices
Definicion formal:
La máquina consumidora de combustible que proporciona la fuerza motriz para automóviles, aviones, tractores, autobuses y motocicletas y que se transporta en el vehículo.
Entonces, si desea ahorrar dinero en gasolina, lo mejor que podemos decirle es que simplemente saque el motor de su automóvil. ¡Es una broma!
Un motor es una máquina complicada que hace girar las ruedas de un automóvil convirtiendo el calor de la quema de gasolina en fuerza. Lo que le da velocidad a algo.
Se utiliza un ciclo de combustión de cuatro tiempos para convertir la gasolina en movimiento en un motor de combustión interna, que es el tipo de motor más común.
Este ciclo consta de cuatro partes: admisión, compresión, combustión y escape.
tipos de motores
Hay diferentes tipos de motores, como motores en línea de cuatro cilindros o motores en V de seis u ocho cilindros.
El diseño del motor determina qué tan grande es, qué tan bien funciona y cuánta potencia tiene.
Los motores en línea son más pequeños que los motores en V, que son más largos y complicados.
Componentes principales
El bloque de cilindros, la culata y el cárter son las partes más importantes del motor de un automóvil.
El corazón del motor es el bloque de cilindros, que generalmente está hecho de aleación de hierro o aluminio. Tiene cilindros que sujetan los pistones, que se mueven hacia arriba y hacia abajo para generar energía.
La cámara de combustión también está en el bloque de cilindros. Es donde se mezclan el combustible y el aire para hacer la combustión.
La culata se asienta sobre el bloque de cilindros. Tiene bujía, árboles de levas y válvulas.
Los árboles de levas controlan cómo se abren y cierran las válvulas, lo que controla la cantidad de combustible, aire y gases de escape que entran y salen de la cámara de combustión.
La bujía enciende la mezcla de combustible y aire para que se produzca la combustión.
El cárter generalmente está hecho de hierro fundido y está en la parte inferior del motor.
Contiene piezas como pistones, el cigüeñal, los árboles de levas, la cadena de distribución, el cárter de aceite, el filtro de aceite, etc. Juntas, estas piezas convierten el combustible en movimiento.
Cuando se apaga un automóvil, el motor de arranque le da al pistón la fuerza que necesita para moverse hacia abajo.
Mejoras en Motores de Combustión
En los últimos años, ha habido mejoras en la tecnología de los motores, como la inyección directa de combustible, la turboalimentación y la sincronización variable de válvulas.
Debido a estos cambios, el automóvil usa menos gasolina, tiene más potencia y emite menos contaminación.
Vídeo: ¿Cómo funciona?
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Tipos de motores automotrices
Hay diferentes tipos de motores utilizados en los automóviles, que se pueden agrupar por dos cosas: el tipo de combustible y la forma en que se configura el motor (el número de cilindros) (configuración de cilindros).
Los motores de gasolina y diesel son los tipos más comunes de motores de automóviles, pero hay otras cosas que distinguen a un motor de otro.
- Motores rectos o en línea.
Todos los cilindros de un motor recto/en línea están en línea, mirando hacia arriba y, por lo general, perpendiculares al automóvil.
Este es el diseño más común para los hatchbacks familiares y los autos más pequeños.
- Averías.
Los motores planos tienen dos bancos de cilindros a cada lado de un solo cigüeñal.
- Motores en V.
Los cilindros de un motor en V están dispuestos en dos bancos separados que forman una V alrededor del cigüeñal.
- Motores W.
Los motores W tienen tres filas de cilindros que forman una W alrededor del cigüeñal.
La forma en que se configuran los cilindros también puede ser diferente.
Los autos pequeños tienen motores de tres cilindros, pero los turbocompresores también han hecho posible colocarlos en los hatchbacks familiares más grandes.
Los motores de seis cilindros generalmente se encuentran en autos deportivos de alta gama y autos de alto rendimiento. Se pueden montar en V o en línea recta.
Los superdeportivos y las berlinas de lujo tienen motores de ocho o más cilindros, como V8, V10 y V12.
Algunos de los autos del Grupo Volkswagen de gama más alta tienen motores W12.
Motores de gasolina y diesel
En las aplicaciones automotrices, las principales diferencias entre los motores de gasolina y diesel son cómo se genera la energía, el tipo de combustible utilizado, la eficiencia térmica, la expectativa de vida, las revoluciones por minuto (RPM) y el torque.
- Motores de gasolina.
La combustión por chispa se utiliza en los motores de gasolina para mezclar el gas y el aire antes de comprimirlo y encenderlo.
La mayoría de las veces, los motores de gasolina tienen RPM más altas que los motores diésel, pero tienen menos torque.
- Motores diesel.
Antes de inyectar combustible en el aire, los motores diésel lo exprimen, lo que hace que el motor sea térmicamente más eficiente y probablemente dure más.
Debido a que el diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina, los motores diesel usan menos combustible que los motores de gasolina.
La forma en que se usan estos diferentes tipos de motores en los automóviles ha cambiado con el tiempo y depende de cómo se debe usar el automóvil, qué tan bien debe funcionar y cuánto combustible necesita usar.
Expansión de la Industria Automotriz
El desarrollo del motor automotriz
Durante la Revolución Industrial, el crecimiento de la industria automotriz y la necesidad de motores con mayor potencia llevaron a la creación de los motores de combustión interna (ICE).
Estos motores se fabricaron originalmente para funcionar con combustibles líquidos, pero se cambiaron para que pudieran funcionar con gasolina.
En la década de 1900, se fabricaron motores de dos y cuatro tiempos, y fue posible fabricar muchos automóviles a la vez.
Mejoras en la conversión de combustible líquido y reducción de emisiones
Los ingenieros idearon formas de convertir los combustibles líquidos en vapores para poder utilizarlos. Esto mejoró la eficiencia del combustible y la potencia del motor.
Para resolver el problema de la contaminación de los automóviles, también se realizaron sistemas de gestión de motores computarizados.
Las emisiones de ICE de contaminantes criterio como los óxidos de nitrógeno (Nox) y las partículas (PM) se han reducido en más del 99 % gracias a la investigación y el desarrollo durante los últimos 30 años.
Investigación y desarrollo de motores de combustión avanzados
Hoy en día, la gente está tratando de hacer que los motores de combustión interna funcionen mejor y sean mejores para el medio ambiente.
La investigación y el desarrollo de motores de combustión avanzados se centran en nuevas tecnologías, como el encendido por compresión de carga homogénea (HCCI) y los motores de pistones opuestos (OPE), además de hacer que los sistemas de propulsión sean más eléctricos e híbridos.
Aunque la cantidad de vehículos eléctricos está creciendo, los ICE siguen siendo importantes para la industria del transporte y se utilizarán durante mucho tiempo.
Tamaño del motor automotriz y flujo de aire
La mayoría de los motores de automóviles se miden en litros, que es el volumen total de todos sus cilindros.
Si hace que el motor sea más grande, a veces puede generar más caballos de fuerza y torque, pero no siempre es así.
Detección de flujo de aire en motores automotrices
El medidor de paletas y el cable caliente son las dos formas más comunes para que un motor mida la cantidad de aire que ingresa.
El medidor de paleta utiliza una paleta de aire con resorte conectada a una resistencia variable para medir la cantidad de aire que ingresa al motor.
El sensor de flujo de aire de masa de alambre caliente, por otro lado, utiliza un cable resistivo que cuelga en el flujo de aire y se calienta a una temperatura determinada.
Luego, el aire entrante enfría el cable, lo que cambia la corriente eléctrica de una manera que es proporcional a la cantidad de aire que pasa.
El sensor de vórtice de Kármán, por otro lado, no es una forma de medir el flujo de aire entrante en el motor de un automóvil.
En cambio, es una forma de medir la velocidad del flujo de aire provocando vórtices en el flujo de aire y luego midiendo los cambios en la presión causados por los vórtices.
Mantenimiento de motores automotrices
Filtros de aceite de motor
Los filtros de aceite del motor son una parte importante para asegurarse de que el motor de un automóvil funcione bien.
Trabajan para sacar la suciedad, el aceite y las partículas de metal del aceite. Esto permite que el aceite fluya suavemente, limpia el aceite y protege las partes metálicas.
El precio, el diseño, la construcción y la atención al detalle son aspectos importantes a tener en cuenta al elegir un filtro de aceite de motor.
Sistemas de gestión de motores automotrices
Hay muchas formas de ajustar y cambiar un sistema de gestión del motor para mejorar su rendimiento.
Algunas formas de cambiar los sistemas son volver a calibrar los ECM de fábrica, sintonizar con piggybacks, interceptores y otras piezas adicionales, y diseñar, modificar y construir colectores de admisión.
Los sistemas de gestión del motor programables por separado también se pueden utilizar para cambiar el funcionamiento de un motor.
Para obtener el mejor rendimiento, es importante realizar los cambios de forma segura y fiable.
Antes de realizar cambios en el sistema de gestión del motor, debe hablar con un experto o informarse sobre el tema.
Horas de motor
Las horas del motor son la cantidad de horas que un motor ha estado funcionando desde que se fabricó por primera vez, incluso cuando el vehículo no se está moviendo.
Esta métrica es útil para medir el desgaste de los vehículos comerciales, especialmente para realizar un seguimiento del tiempo de inactividad, ya que el odómetro no registra el kilometraje cuando un vehículo utiliza una toma de fuerza para permanecer inmóvil durante horas todos los días.
Las horas del motor también se pueden utilizar para planificar el mantenimiento preventivo y calcular cuánto se ha utilizado un vehículo.
La relación entre las horas del motor y las millas se puede usar para hacer un plan completo para reemplazar vehículos, mejorar los programas de mantenimiento y realizar un seguimiento de qué tan bien está funcionando una flota.
Los motores modernos tienen una parte llamada módulo de control del motor (ECM) que cuenta la cantidad de veces que gira el motor y cuánto tiempo toma cada vuelta.
Módulos de control de motores automotrices
Los módulos de control de motores (ECM) automotrices utilizan una serie de medidas de seguridad para asegurarse de que funcionen correctamente y evitar que las personas jueguen con ellos.
Por ejemplo, incorporan hardware de verificación y mecanismos de seguridad, utilizan estándares de seguridad automotriz como SAE J3061 e ISO/SAE 21434 y pasan por procesos de verificación.
Los ECM también se pueden proteger mediante el uso de verificaciones de plausibilidad para encontrar señales que han sido falsificadas o modificadas.
Esto se hace comparando los valores del sensor con los valores cableados para asegurarse de que sean correctos. Esto hace que sea más difícil para las personas malintencionadas realizar cambios en el ECM.
Por último, los ECM modernos están hechos con partes de computadora como microprocesadores que pueden recibir, interpretar y actuar rápidamente sobre las entradas de los sensores. Esto ayuda a asegurarse de que el sistema funcione correctamente.
La EPA tiene una política para asegurarse de que se sigan las prohibiciones de la Ley de Aire Limpio sobre la manipulación y los dispositivos de desactivación del mercado secundario.
Estas prohibiciones duran toda la vida útil de un vehículo, hacen que sea ilegal que los concesionarios vendan vehículos manipulados que ya están en la carretera y requieren inspecciones periódicas de los vehículos para asegurarse de que los sistemas de diagnóstico de emisiones a bordo funcionen correctamente.
Los sintonizadores, que son productos que cambian una ECU, pueden ser dispositivos de anulación ilegales del mercado de accesorios, y usarlos o colocarlos puede ser una manipulación ilegal.
casos de uso
| Tarea: | Descripción: |
|---|---|
| Automóviles y otros vehículos | Los automóviles, camiones y autobuses son los lugares más comunes donde se utilizan motores de automóviles. Estos motores le dan al vehículo la potencia que necesita para avanzar. Son una parte importante del transporte moderno. |
| Propulsión de Aeronaves | Otro lugar importante donde se utilizan los motores de los automóviles es en los aviones, donde proporcionan el empuje necesario para el despegue y el vuelo. La mayoría de los motores de los aviones son más potentes y eficientes que los motores de los automóviles porque deben poder crear más sustentación y superar la resistencia del aire. |
| Equipamiento agrícola | Los motores de los automóviles a menudo se usan en tractores y otros tipos de equipos agrícolas. Estos motores deben ser lo suficientemente fuertes y duraderos para manejar las cargas pesadas y el trabajo duro que conlleva la agricultura. |
| Generación de energía | Hay momentos en que los motores de los automóviles también se pueden usar para generar energía. La mayoría de las veces, estos motores se usan en grupos electrógenos, que se usan para alimentar hogares y negocios cuando se corta la energía. |
| Propulsión Marina | Los barcos y otros tipos de embarcaciones también pueden funcionar con motores de automóviles. Los motores marinos generalmente están hechos para durar más y resistir la corrosión mejor que los motores de automóviles porque tienen que funcionar en el duro entorno marino. |
| Carreras | Otra forma en que se utilizan los motores de los automóviles es en las carreras, donde impulsan automóviles de alto rendimiento que pueden ir muy rápido. La mayoría de los motores de carreras se modifican para aprovecharlos al máximo y pueden generar mucha más potencia que un motor de automóvil normal. |
| Cortacéspedes y otras herramientas pequeñas | Finalmente, los motores de los automóviles también se pueden usar para accionar cortadoras de césped, motosierras y otras herramientas pequeñas. La mayoría de las veces, estos motores no son tan fuertes como sus contrapartes más grandes, pero deben ser lo suficientemente confiables y eficientes para manejar el uso diario. |
Referencias:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Conclusión
En conclusión, el motor del automóvil es una asombrosa pieza de tecnología que ha cambiado la forma en que viajamos y vivimos.
Los ingenieros han estado a la vanguardia en la fabricación de estas increíbles máquinas, desde los primeros motores de combustión interna hasta los sistemas de propulsión híbridos y eléctricos más avanzados de la actualidad.
Pero el motor del automóvil también es un símbolo de algo más profundo: nuestro deseo natural de superar los límites de lo que es posible, romper barreras y soñar con un mañana mejor.
Al mirar hacia el futuro, está claro que el motor del automóvil seguirá siendo una parte importante de nuestras vidas.
Es el motor que impulsa los autos que nos llevan al trabajo, la escuela y otros lugares.
Pero también es un recordatorio de cuán poderosa es la creatividad humana, cuán dispuestas están las personas a probar cosas nuevas y cuánto puede hacer la mente humana.
Entonces, la próxima vez que encienda su automóvil, tómese un momento para pensar en la increíble ingeniería que lo hace posible y recuerde que las posibilidades son realmente infinitas.
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