La historia del motor de combustión interna
Desde su aparición en la década de 1960, el motor de combustión interna de pistón se ha convertido en una máquina relativamente completa después de mejoras y desarrollo continuos.
Es ampliamente utilizado debido a su alta eficiencia térmica, gran rango de potencia y velocidad, combinación conveniente y buena maniobrabilidad.
Varios automóviles, tractores, maquinaria agrícola, maquinaria de construcción, pequeñas centrales eléctricas móviles y vehículos de combate de todo el mundo funcionan con motores de combustión interna.
Los buques mercantes oceánicos, los buques fluviales interiores y los barcos convencionales, así como algunos aviones pequeños, también son propulsados por motores de combustión interna.
El número de motores de combustión interna ocupa el primer lugar en maquinaria eléctrica del mundo y ocupa una posición muy importante en las actividades humanas.
El motor de combustión interna de pistón se originó a partir de la explosión de pólvora para obtener energía, pero no tuvo éxito porque la combustión de la pólvora era difícil de controlar.
En 1794, el streeter británico propuso obtener energía a partir de la combustión de combustible y propuso por primera vez el concepto de mezclar combustible y aire.
En 1833, el inglés Wright propuso un diseño que utiliza directamente la presión de la combustión para empujar el pistón a realizar trabajo.
Se propusieron diversos esquemas de motores de combustión interna, pero no se implementaron hasta mediados del siglo XIX.
Hasta 1860, el francés Lenoire imitó la estructura de una máquina de vapor y diseñó y fabricó el primer motor de gas práctico.
Se trata de un motor de combustión interna de encendido por gas, sin compresión, con encendido eléctrico.
Lenoir fue el primero en utilizar aros de pistón elásticos en motores de combustión interna.
La eficiencia térmica de este motor de gasolina es de aproximadamente 4.
Barnett del Reino Unido abogó una vez por comprimir la mezcla combustible antes de la ignición. Más tarde, alguien escribió un artículo sobre el importante papel de comprimir la mezcla combustible y señaló que la compresión puede mejorar en gran medida la eficiencia del lenoir interno. motor de combustión.
En 1862, el científico francés Rosa analizó teóricamente el proceso térmico del motor de combustión interna y propuso la necesidad de mejorar la eficiencia del motor de combustión interna. Este fue el primer ciclo de trabajo de cuatro tiempos.
En 1876, el inventor alemán Otto fabricó con éxito el primer motor de combustión interna de cuatro tiempos, monocilíndrico, horizontal, de pistón alternativo y de 3,2 kW (4,4 CV), que todavía utilizaba gas como combustible y utilizaba ignición por llama. , velocidad 156,7 rpm, relación de compresión 2,66, eficiencia térmica 14.
En aquella época, tanto la eficiencia energética como la térmica eran las más altas.
El motor de combustión interna Otto se ha popularizado y sus prestaciones están mejorando.
En 1880, la potencia de una sola máquina alcanzaba los 11~15 kW (15~20hp), y en 1893 aumentó a 150 kW.
A medida que aumenta la relación de compresión, también aumenta la eficiencia térmica. La eficiencia térmica fue de 15,5 en 1886 y alcanzó entre 20 y 26 en 1897.
En 1881, el ingeniero británico Clark desarrolló con éxito el primer motor de gas de dos tiempos y lo exhibió en la Exposición de París.
Con el desarrollo del petróleo, la gasolina y el diésel, que son más fáciles de transportar y transportar que el gas, han atraído la atención de la gente. En primer lugar, se ha probado con gasolina volátil.
En 1883, la empresa alemana Daimler fabricó con éxito el primer motor vertical de gasolina, que se caracterizaba por su peso ligero y su alta velocidad.
En aquella época, la velocidad de otros motores de combustión interna no superaba las 200 rpm, pero saltaba a 800 rpm, lo que era especialmente adecuado para las necesidades de la maquinaria de transporte.
Entre 1885 y 1886, el motor de gasolina operó con éxito como fuente de energía para los automóviles, lo que impulsó en gran medida el desarrollo de los automóviles.
Al mismo tiempo, el desarrollo de los automóviles ha impulsado la mejora y mejora de los motores de gasolina.
Pronto, se utilizaron motores de gasolina para propulsar barcos.
En 1892, el ingeniero alemán Diesel se inspiró en las explosiones de polvo en los molinos harineros e imaginó comprimir fuertemente el aire aspirado en el cilindro para hacer que su temperatura excediera la temperatura de autoignición del combustible, y luego soplar el combustible en el cilindro con un cilindro de aire a alta presión, provocando que se encienda.
Su primer motor de combustión interna de encendido por compresión (motor diésel) se desarrolló con éxito en 1897, abriendo un nuevo camino para el desarrollo de los motores de combustión interna.
Los motores diésel comenzaron a intentar implementar el ciclo de Carnot en el motor de combustión interna para obtener la mayor eficiencia térmica, pero en realidad consiguieron una combustión aproximadamente isobárica con una eficiencia térmica de 26.
La llegada del motor de combustión interna de encendido por compresión ha despertado un gran interés en la industria de maquinaria mundial. El motor de combustión interna de encendido por compresión también lleva el nombre de motor diésel en honor a su inventor.
Este tipo de motor de combustión interna utilizará principalmente diésel como combustible en el futuro, por lo que también se le llama motor diésel.
Los motores diésel se utilizaron por primera vez en grupos electrógenos estacionarios en 1898. En 1903, se utilizaron como energía para buques mercantes. En 1904, se instalaron en barcos. En 1913, se instalaron los primeros motores diésel impulsados internamente. Se fabricó locomotora de combustión. Comenzó a utilizarse hacia 1920. para automóviles y maquinaria agrícola.
Mucho antes del nacimiento del motor de combustión interna de pistón alternativo, la gente intentó construir un motor de combustión interna de pistón rotativo, pero todos fracasaron.
No fue hasta 1954 que el ingeniero federal alemán Wankel resolvió el problema del sellado y desarrolló un motor de pistón rotativo en 1957, llamado motor Wankel.
Tiene un pistón giratorio aproximadamente triangular que gira en un cilindro con un contorno específico y funciona según el ciclo Otto.
Este tipo de motor tiene las ventajas de alta potencia, tamaño pequeño, pequeña vibración, funcionamiento estable, estructura simple y fácil mantenimiento. Sin embargo, debido a su escasa economía de combustible, bajo par a baja velocidad y rendimiento de escape insatisfactorio, solo se utiliza en ciertos modelos.
Los motores de combustión interna son conocidos por su alta eficiencia térmica, estructura compacta, gran maniobrabilidad y operación y mantenimiento simples.
Durante más de 100 años, la gran vitalidad del motor de combustión interna ha perdurado.
En la actualidad, el número de motores de combustión interna en el mundo supera ampliamente al de cualquier otro motor térmico, y ocupa una posición muy importante en la economía nacional.
Los modernos motores de combustión interna se han convertido en la maquinaria de energía térmica más importante, más consumidora y más utilizada.
Por supuesto, los motores de combustión interna también tienen muchas deficiencias, las principales son: altos requisitos de combustible y la incapacidad de quemar directamente combustibles de baja calidad y combustibles sólidos debido a la ventilación intermitente y las dificultades de fabricación; La mejora de la potencia de la máquina es limitada. La potencia máxima de los motores de combustión interna modernos es generalmente inferior a 40.000 kilovatios, mientras que la potencia de una sola máquina de las máquinas de vapor puede llegar a cientos de miles de kilovatios. El motor de combustión interna no se puede invertir; el ruido del motor de combustión interna y los componentes nocivos de los gases de escape contaminan especialmente el medio ambiente.
Se puede decir que la historia del desarrollo del motor de combustión interna en el siglo pasado es una historia de continua innovación y desafíos para superar estas deficiencias.
El desarrollo del motor de combustión interna tiene una historia de aproximadamente un siglo y medio.
Al igual que otras ciencias, cada avance en el motor de combustión interna es un resumen y generalización de la experiencia de la práctica de producción humana.
La invención del motor de combustión interna comenzó con la investigación y mejora de la máquina de vapor de pistón.
En su historia de desarrollo, cabe mencionar especialmente a los alemanes Otto y Diesel. Fueron ellos quienes propusieron el ciclo Otto y el ciclo Diesel perfectos para el ciclo de trabajo del motor de combustión interna basándose en un resumen de las innumerables experiencias prácticas de sus predecesores, que resumieron científicamente las actividades prácticas y creativas de innumerables personas a lo largo de las décadas. salto cualitativo. Heredaron, desarrollaron, resumieron y mejoraron la experiencia superficial, puramente empírica y desordenada de sus predecesores.
Motores de combustión interna de pistones alternativos
Existen muchos tipos de motores de combustión interna de pistones alternativos Los principales métodos de clasificación son los siguientes: Según los diferentes combustibles utilizados, se dividen en gasolina. motores, motores diésel, motores de queroseno y motores de gas (incluidos varios motores de combustión interna de gas), etc. Según el número de carreras en cada ciclo de trabajo, se divide en cuatro tiempos y dos tiempos según los diferentes métodos de encendido, se puede dividir en tipo de encendido y tipo de encendido por compresión, según los diferentes métodos de enfriamiento; se puede dividir en enfriado por agua y enfriado por aire según la disposición del cilindro. Las diferentes formas se dividen en en línea, en forma de V, opuestas y en forma de estrella. Según el número de cilindros, se pueden dividir en motores de combustión interna monocilíndricos y motores de combustión interna multicilíndricos. Según los diferentes usos de los motores de combustión interna, se dividen en usos automotrices, agrícolas, locomotoras, marinos y estacionarios.
Este artículo le presentará principalmente el desarrollo de motores de gasolina, motores de gasolina y motores diésel.
El primer motor de combustión interna: el motor de gasolina
El primer motor de combustión interna fue un motor de gasolina que utilizaba gas como combustible.
En 1860, el inventor francés Lionel creó el primer motor de combustión interna práctico (monocilíndrico, dos tiempos, sin compresión, motor de gas con encendido eléctrico, potencia de salida 0,74-1,47 kW, velocidad 100 rpm, térmico eficiencia 4).
El ingeniero francés Derocha se dio cuenta de que para mejorar al máximo la eficiencia térmica del motor de combustión interna, es necesario reducir al máximo el área de refrigeración de cada volumen de cilindro, ampliar el pistón lo más rápido posible y amplíe el rango (carrera) tanto como sea posible.
Sobre esta base, propuso en 1862 el famoso ciclo de cuatro tiempos de combustión a volumen constante: admisión, compresión, expansión de combustión y escape.
En 1876, el alemán Otto fabricó el primer motor de combustión interna de pistón alternativo de cuatro tiempos (monocilíndrico, horizontal, que utiliza gas como combustible, potencia aproximada de 2,21 KW, 180 r/min).
A este motor, Otto añadió un volante para que funcionara suavemente, alargó la entrada de aire y mejoró la culata para dar forma completa a la mezcla.
Este fue un motor de gran éxito con el doble de eficiencia térmica que las máquinas de vapor de la época.
Otto integra las tres ideas técnicas clave: combustión interna, gas comprimido y cuatro tiempos, dotando a este motor de combustión interna de una serie de ventajas como alta eficiencia, tamaño reducido, peso ligero y gran potencia.
En la Exposición Universal de París de 1878, fue aclamado como "el mayor logro de la máquina de energía desde Watt".
El ciclo de cuatro tiempos de combustión a volumen constante se realiza mediante el ciclo Otto, también llamado ciclo Otto.
Aunque los motores de gas tienen grandes ventajas sobre los motores de vapor, todavía no pueden cumplir los requisitos de alta velocidad y portabilidad bajo una producción en masa socializada.
Debido a que utiliza gas como combustible, requiere un enorme generador de gas y un sistema de tuberías.
Y el poder calorífico del gas es bajo (aproximadamente 1,75×107 ~ 2,09×107J/m3), por lo que el motor de gasolina gira lentamente y tiene una potencia específica pequeña.
En la segunda mitad del siglo XIX, con el auge de la industria petrolera, se convirtió en una tendencia inevitable sustituir el gas natural por productos derivados del petróleo como combustible.