El motor de gasolina utiliza gasolina como combustible para convertir la energía química en energía mecánica a través de la combustión. El motor es una máquina que convierte la energía química en energía mecánica. Su proceso de conversión es en realidad el proceso del ciclo de trabajo. En pocas palabras, es a través de la combustión del cilindro. El combustible en el interior genera energía cinética, activa el movimiento alternativo del pistón en el cilindro del motor, impulsando así la biela conectada al pistón y la manivela conectada a la biela, y realiza un movimiento circular alternativo alrededor del centro del cigüeñal para generar potencia.

Ahora, analizamos este proceso:

Un ciclo de trabajo incluye cuatro carreras de pistón (la llamada carrera de pistón se refiere al proceso de la distancia entre el pistón desde el punto muerto superior hasta el punto muerto inferior): carrera de admisión, carrera de compresión, carrera de expansión (carrera de trabajo) y carrera de escape.

Carrera de admisión de aire

En este proceso, la válvula de admisión del motor se abre y la válvula de escape se cierra. A medida que el pistón se mueve desde el punto de parada superior hasta el punto de parada inferior, el volumen del cilindro por encima del pistón aumenta, de modo que la presión en el cilindro estará por debajo de la presión atmosférica, es decir, se provocará succión de vacío en el cilindro, de modo que el aire pasará a través del tubo de admisión y la válvula de admisión. Se succiona en el cilindro y la gasolina atomizada se mezcla completamente con el aire. Al final de la admisión, la presión de gas en el cilindro es de aproximadamente 0,075 a 0,09 MPa. En este momento, la temperatura de la mezcla combustible en el cilindro ha aumentado a 370-400K.

Carrera de compresión

Para que la mezcla combustible que aspira al cilindro se queme rápidamente para generar una mayor presión, de modo que el motor emita una mayor potencia, la mezcla combustible debe comprimirse antes de la combustión para reducir el volumen, aumentar la densidad y aumentar la temperatura. Es decir, se necesita un proceso de compresión. En este proceso, las válvulas de admisión y escape se cierran y el cigüeñal empuja el pistón para mover una carrera desde el punto de parada inferior hasta el punto de parada superior, es decir, la carrera de compresión. En este momento, la presión de la mezcla aumentará a 0.6-1.2MPa y la temperatura puede alcanzar los 600-700K.

Hay un concepto muy importante en este viaje, que es la relación de compresión. La llamada relación de compresión es la relación entre el volumen máximo del gas en el cilindro antes de la compresión y el volumen mínimo después de la compresión. Generalmente, cuanto mayor es la relación de compresión, mayor es la presión y la temperatura de la mezcla al final de la compresión, y más rápida es la velocidad de combustión, por lo que cuanto mayor es la potencia del motor, mejor es la economía. Generalmente, la relación de compresión de un automóvil está entre 8-10, pero ahora el último Polo ha alcanzado una alta relación de compresión de 10,5, por lo que su par es relativamente bueno. Sin embargo, cuando la relación de compresión es demasiado grande, no solo no puede mejorar aún más la situación de combustión, sino que se producen fenómenos de combustión anormales como la combustión violenta y la ignición de la superficie.

La explosión es una combustión anormal causada por la combustión espontánea de la mezcla combustible en el extremo de la cámara de combustión más lejos del centro de encendido debido a la alta presión y temperatura del gas. Durante el estallido, la llama se propaga hacia afuera a una velocidad muy alta, e incluso cuando el gas es demasiado tarde para expandirse, la temperatura y la presión aumentan bruscamente, formando una onda de presión que avanza a la velocidad del sonido. Cuando esta onda de presión golpea la pared de la cámara de combustión, se emite un sonido agudo de golpe. Al mismo tiempo, también causará una serie de consecuencias adversas como sobrecalentamiento del motor, disminución de la potencia y aumento del consumo de combustible. Los incendios graves pueden incluso causar daños a las partes, como la quema de la válvula, la rotura de los cojinetes y la ruptura del aislante de la bujía.

Además del estallido, un motor con una relación de compresión excesivamente alta también puede enfrentar otro problema: el encendido de la superficie. Esto se debe a otra combustión anormal (también conocida como ignición o ignición temprana) causada por la ignición de la mezcla entre la superficie caliente del cilindro y el lugar caliente (como el cabezal de la válvula de escape, el electrodo de la bujía y el depósito de carbón). Cuando se produce el encendido de la superficie, también se acompaña de un fuerte sonido de golpe (más sordo), y el alto voltaje generado aumentará la carga del motor y reducirá la vida útil.

Carrera de expansión (carrera de trabajo)

En este proceso, las válvulas de entrada y escape permanecen cerradas. Cuando el pistón se acerca al punto de parada superior, la bujía emite una chispa eléctrica para encender la mezcla combustible comprimida. Después de que se quema la mezcla combustible, se libera una gran cantidad de energía térmica, y la presión y la temperatura del gas aumentan rápidamente. La presión máxima que puede alcanzar es de hasta 3-5MPa, y la temperatura correspondiente es tan alta como 2200-2800K. El pistón de empuje de gas de alta temperatura y alta presión se mueve desde el punto de parada superior hacia abajo, y la biela gira la manivela y genera energía mecánica a través de la biela. Además de mantener el funcionamiento continuo del motor, el resto se utiliza para el trabajo externo. Durante el movimiento del pistón, el volumen interno del cilindro aumenta y la presión del gas y la temperatura disminuyen rápidamente. Al final de esta carrera, la presión cae a 0.3-0.5MPa y la temperatura es 1300-1600K.

Carrera de escape

Cuando la carrera de expansión (carrera de trabajo) está cerca del final, la válvula de escape se abre y la presión del gas de escape se realiza libremente. Cuando el pistón alcanza el punto de parada inferior y luego se mueve hacia arriba, el gas de escape se descarga a la fuerza a la atmósfera. Esta es la carrera de escape. En esta carrera, la presión en el cilindro es ligeramente superior a la presión atmosférica, aproximadamente 0,105-0,115 MPa. Cuando el pistón alcanza cerca del punto muerto superior, la carrera de escape termina y la temperatura del gas de escape en este momento es de aproximadamente 900-1200K.

Como resultado, hemos introducido un ciclo de trabajo del motor, durante el cual el pistón se mueve alternativamente entre los puntos de parada superior e inferior durante cuatro carreras, y el cigüeñal gira en consecuencia durante dos semanas.