Barne-errekuntzako motorrak
Barne-errekuntzako motorretan, energia mekanikoa sortzeko erabiltzen den bero-energia motorraren barruan sortzen da; kanpo-errekuntzako motorretan, ostera, bero-energia motorretik kanpo sortzen da eta gero, fluido bat bitarte, motorrean sartzen da energia mekanikoa ekoizteko. Barne-errekuntzako motorrak aldizkakoak edo birakariak izan daitezke. Aldizkakoetan, fluidoaren bolumen jakin batek ziklo bat osatzen du, motorretik kanporatu eta gero beste fluido-bolumen bat sartzen da, zikloa errepikatzeko. Ziklo horretan, erregai/aire nahasteak aldizkako konpresio eta hedapenak jasaten ditu zilindroan eta horren barruko pistoian aldizkako higidura lineala sortzen du, mekanismo baten bidez biratze-higidura jarraitua bihurtzen dena. Motor birakarietan, aldiz, fluidoak zuzenean sortzen du biratze-higidura, dela fluxua jarraitua delako (turbinetan) dela zilindro/pistoi sistema berezi bat erabiltzen delako (Wankel motorrean). Hala ere, hemen aldizkako barne-errekuntzakoak landuko dira, hau da, txinparta bidez pizteko motorra (gasolina-motorra) eta konpresio bidez piztekoa (diesel motorra).
Barne-errekuntzako aldizkako motorrek erabilera asko dituzte: lurreko, itsasoko zein aireko ibilgailuetan (automobilak, trenak, itsasontziak, hegazkinak...), eraikuntzan, nekazaritzako makinetan, elektrizitatearen ekoizpenean (baterako sorkuntzan) eta abarretan.
Motorraren egitura eta funtzionamendua
Motor hauen atalik garrantzitsuena errekuntza-ganbera da. Hor erregaia erretzen da, hau da, gero motorraren osagarri mekanikoen bidez energia mekaniko bihurtuko den bero-energia sortzen da. Erakuntza-ganberan erregaiaren sutzea nola eragiten den, bi mota nagusi daude: txinparta bidez pizteko motorrak (Otto motorrak) eta konpresio bidez pizteko motorrak (diesel motorrak). Otto eta diesel motorrak bi edo lau aldikoak izan daitezke, baina gehien erabiltzen direnak lau aldikoak dira.
Otto eta diesel motorren zati nagusiak berdinak dira. Errekuntza-ganbera zilindro bat da, normalean finkoa, mutur bat itxia duena eta bere barruan oso doi ahokatua dagoen pistoia mugitzen da.
eztanda-motorraren zeharkako ebakiduraren eskema
Irudian horrelako motor baten ikuspegi orokorra ageri da. Ekipoaren zeharkako ebakidura honetan, pistoiak, olio-depositua, olio-ponpa, sarrera- eta ihes-sistemak eta beste zati garrantzitsu batzuk ikusten dira. Pistoia zilindroaren barruan mugitzen denez, errekuntza-ganberaren barruko bolumena aldatu egiten da. Horretaz lagundurik, aire eta erregaiaren nahastea sartzen da eta errekuntza-gasak (keak) irteten dira.
Errekuntza-ganbera erregaiz hornitu ahal izateko sistema bat dago, erregaia gordetzen duen deposituaz, ganberara bideratzeko ponpaz eta ganberan sartu aurretik atomizatzeko gailuaz osatua. Olioaren eginkizuna motorra lubrifikatzea eta hoztea da.
Hurrengo irudian zilindroko motorra ageri da eta ebakidurari esker hiru zilindroren barnea ere bai.
lau zilindro lerrokaturik dituen eztanda-motorra (Renault)
Birabarkia ukondoak dituen pieza da eta motorreko blokean behealdean luzetaraka dago euskarrietan finkaturik. Zilindro bakoitzean pistoia gora eta behera ibiltzen da. Bielak mutur bat pistoira loturik du (buloidun giltzaduraren bidez) eta beste muturra birabarkiaren ukondoari (erdibitutako kojinetearen bidez). Bielek bultzatuta birabarkian sortzen den biratze‑higidura inertzi bolanteaz kontrolatzen da eta enbrage-sistema zein abiadura-kaxan zehar ibilgailuaren gurpil eragileetara transmititzen da.
Pistoia zilindroaren barruan gora eta behera ibiltzen da. Zilindroaren goiko aldea kulatak itxita dago. Kulataren barruan sarrera-balbula eta ihes-balbula daude. Sarrera-balbulara karburadorean nahastutako airea eta erregaia sarrera-hoditik etortzen dira. Zilindroan erregaiak eztanda egin ondoren, erretako gasak ihes-balbula eta ihes-hoditik kanpora ateratzen dira.
Espeka-ardatzak, espeka, bultzatzaile, take eta balantzinaren bidez, balbula (sarrera-balbula edo ihes-balbula) bere garaian ireki eta itxi egiten du. Bujia kulatara hariztaturik dago eta zilindroan pistoia goian dagoenean txinparta elektrikoa ematen du, erregai-nahasteak eztanda egin dezan.
Motorraren blokeko azpialdea karterrak ixten du. Karterrak motorreko piezak lubrifikatzeko oiloa eta olio-ponpa ditu. Motorreko piezak eta zilindroa lubrifikatu baino lehen, olioa ponpatik iragazkira bidaltzen da, dituen zatiki solidoak bereizteko.
Birabarkiaren aurreko aldean engrane eta kate edo horztun uhaleko sistema dago, espeka-ardatza birarazteko. Poleak ere baditu, motorraren hozte‑sistemari eragiteko. Ur-ponpak motorrean berotzen den ura erradiadorera bidaltzen du, hor ura hoztu eta berriro motorrera itzul dadin. Erradiadoreak haizagailua izaten du ondoan, erradiadore barruko ura hozteko.
Txinparta bidez pizteko motorrak (TPM)
Motor hauetan, bujiak sortzen duen txinparta elektrikoa da erregaiari su harrarazten diona. Zilindro/pistoi sistemaren funtzionamendua lau alditan gertatzen da:
Lehenengo aldia (sarrera): pistoiak ibilaldi bat egiten du bolumen libre gutxien (B1) dagoen puntutik bolumen libre gehien dagoen punturaino (B2). Ibilaldi hori egiten duen bitartean, sarrera-balbula irekia dago eta karburadoretik datorren erregai eta airearen nahastea zilindro barnera sar daiteke.
Bigarren aldia (konpresioa): zilindroa aire eta erregaiz erabat beteta dagoenean (B2) hasten da aldi hau. Orduan, sarrera-balbula ixten da, pistoia gorantz mugitzen hasten da eta zilindroaren barruan dagoen nahastea konprimatzen du.
Hirugarren aldia (eztanda): enboloa goiko posizioan dagoenean, nahastea oso konprimatuta dago eta bolumen txikiena hartzen du (B1). Une horretan, bujiak txinparta elektrikoa sorrarazi eta nahastea suak hartzen du. Ondorioz, gasak eratzen dira, horiek hedatzean zilindro eta pistoiaren aurka presio handia egiten dute eta, horrenbestez, pistoia beherantz bultzatzen dute. Bistan dena, lan mekanikoa aldi honetan egiten da, enboloaren higidura lineala hain zuzen ere.
Laugarren aldia (ihesa): enboloa beheko posiziora heldu denean, ihes-balbula irekitzen da eta errekuntza-gasak kanpora doaz. Pistoia goiko posizioraino heltzen da eta berez atera ez diren keak irtenarazten ditu.
Eztandaren aldian eragiten den higidura lineala biratze-higidura bihurtzeko, biela-bultzatzaile sistema erabiltzen da. Irudian, motorren lau aldiak eta biela-bultzatzaile sistemaren mugimenduak azaltzen dira.
gasolina-motorraren aldiak
Motor hauen errendimendua konpresio-erlazioaren (Rc) eta airearen bero espezifikoen koefizientearen () funtzioa da, eta ondoko formularen bidez kalkulatzen da:
Konpresio erlazioa: Rc= B2/B1
Bero espezifikoen koefizientea:
Cp = bero espezifikoa presioa konstante denean
Cv = bero espezifikoa bolumena konstante denean
Konpresio bidez pizteko motorrak (KPM)
Motor-mota hau R. Diesel ingeniari alemaniarrak asmatu zuen joan den mendearen bukaeran. Gaur egun, motor hauen teknologia gero eta aurreratuagoa da eta oso erabiliak dira industrian. Ibilgailu astunen (kamioi, autobus eta abarren) motorrak honelakoak dira eta automobiletan ere erabiltzen dira. Motor hauetan, konpresio bidezko sistema erabiltzen da nahasteak eztanda egin dezan. Funtsean, airea zilindroan konprimatu egiten da, erregaiak berez su hartzen duen tenperaturara iritsi arte. Orduan, erregaia injektatzen da, suak hartzen du eta errekuntza-gasen presioak pistoia higiarazten du.
Aurreko motorrean bezala honetan ere, zilindro/pistoi sistemaren funtzionamendua lau alditan gertatzen da:
Lehenengo aldia (sarrera): pistoiak goiko posiziotik beheko posiziora doa. Tarte horretan sarrera-balbula irekita dago eta kanpoko airea zilindroaren bolumen guztia bete arte sartzen da (B2).
Bigarren aldia (konpresioa): aldi hau aurrekoaren bukaeran hasten da, hau da, zilindroa airez beteta dagoenean. Orduan, sarrera-balbula itxi egiten da eta pistoia gora doa. Goian dagoela, airea bolumen txikieneraino (B1) konprimatzen du eta horrek tenperatura asko igoarazten du (500 °C inguru). Tenperatura hau erregaiaren sutze-tenperatura baino handiagoa da.
Hirugarren aldia (eztanda): Airea presio eta tenperatura handian dagoela, injektoreen bidez lainoztatua dagoen erregaia ziztatzen da. Tenperatura handiko airearekin elkartzean, erregaiak su hartzen du eta eztanda egiten du. Horren emaitza diren gasek hedatzera jotzen dute eta zilindro eta pistoiaren aurka presio handia egiten dute. Horrek eraginda, pistoia beheko posizioraino mugitzen da. Aldi honek bi zati ditu: hedapen isobarikoa tarteko bolumeneraino (B3) eta hedapen adiabatikoa bolumen handieneraino. Aldi honetan egiten du motorrak lan mekanikoa.
Laugarren aldia (ihesa): behin enboloa beheko posizioraino helduz gero, ihes-balbula irekitzen da, erretako gasak irten ahal izan daitezen. Pistoia goiko posizioraino heltzen da eta atera ez diren keak kanpora bultzatzen ditu.
Diesel motorraren aldiak
Motor hauen errendimendua presio konstanteko errekuntza-koefizientearen (m), konpresio-erlazioaren (Rc) eta airearen bero espezifikoen koefizientearen () funtzioa da eta ondoko formularen bidez kalkulatzen da:
Presio konstanteko errekuntza koefizientea: m= B3/B1
Airearen bero espezifikoen koefizientea:
Cp = bero espezifikoa presioa konstante denean
Cv = bero espezifikoa bolumena konstante denean
TPM eta KPMen arteko konparazioa
Esan bezala, bi motor-moten egituren osagaiak berdintsuak dira, baina, hala ere, badago bien arteko funtsezko desberdintasuna. Txinparta bidez pizteko motorretan, airea eta erregaiaren nahastea zilindroan sartu aurretik prestatzen da karburadorean eta, nahaste horrek su har dezan, bujiak sortutako txinparta elektrikoa erabiltzen da. Konpresio bidez pizteko motorretan, aldiz, aire hutsa konprimatzen da zilindroan eta ondoren, konprimatze horren ondorioz aireak behar adinako tenperaturan (erregaiaren sutze-tenperaturaren gainetik) dagoenean, erregaia injektatzen da; horrelako tenperatura- eta presio-kondizioetan, erregaiak berez su hartzen du.
Diesel motorrean sortzen diren presioak handiak direnez, motorrak oso egitura sendoa izan behar du eta, beraz, tamaina eta bolumena gasolina-motorrena baino handiagoa da. Horri loturik, zilindroak eta konpresio-ganberak handiago eta mardulagoak dira eta, gainera, kalitate handiagoko oiloa erabili behar da.
Erregaia kontutan hartzen badugu, diesel motorrena, hau da, gasolioa, merkeagoa da eta, horrez gain, potentzia bera lortzeko kontsumoa askoz txikiagoa da. Honen arrazoia erregaian bertan dago, gasolioaren energia-dentsitatea gasolinarena baino handiagoa delako eta, nahiz eta berotze-ahalmen txikiagoa duen, kontsumoa urriagoa da. Honen guztiaren ondorioz, diesel motorrek gasolina-motorren aldean zenbait abantaila dituztela erran dezakegu:
Errendimendu termiko handiagoa, hau da, errekuntzan sortzen den beroa kontuan hartuta potentzia handiagoa lortzen da.
Kontsumo urriagoa eta erregaia merkeagoa. Erregaiaren kontsumoa % 30 txikiagoa da gutxi gorabehera.
Erregaiaren errekuntza kondizio hobeetan gertatzen da eta, airea sobera erabiltzen denez, errekuntza-erreakzioa burutuagoa da. Ondorioz, ihes-gasetan karbono monoxido eta hidrokarburo gutxiago daude.
Motorraren egitura sendoagoa denez, egoera gogorretan egin dezakete lan, bizitza baliagarri luzeagoa dute eta, horrez gain, mantentze-lan gutxiago behar dituzte.
Ez dute sutze-arriskurik, lurrun sukoirik sortzen ez delako.
Diesel motorretan konpresio erlazioa Rc= 10/1 da eta gasolina-motorretan Rc= 14/1; ondorioz, lehengoen errendimendua handiagoa da.
Hala ere, desabantailak ere badituzte:
Ez dira oso abiadura handiak lortzen, erregaiaren sutze-denbora abiaduraren araberakoa ez delako. Kasu honetan, errekuntza pistoiaren hedatze-ibilaldiaren amaieran bukatuko litzateke eta ez litzateke tarterik izanen enboloaren mugimendurako, ezta lana sortzeko ere.
Motor hauek handiago eta sendoagoak izan behar dutenez, fabrikazio-kostuak handiagoak dira.
Dardara eta zarata handiagoak dira eta gidatzea deserosoagoa izan daiteke.
Pisu/potentzia erlazioa gasolina-motorrena baino txikiagoa da.
Bero-galerak
Motorraren balantze termikoa egiten denean, potentzia erabilgarria lortzeko erregaiaren parte txiki bat soilik aprobetxatzen dela bistan da. Galera horien balantzea honela zenbatu daiteke:
Bero-galerak direla eta, motorraren atal garrantzitsuena kulata da, bero gehiena hortik galtzen delako. Ihes-hodietan ere, nahiz eta estuak izan, bero asko galtzen da, oso tenperatura handian egoten direlako. Motorraren atalen arabera, bero-galerak honako hauek dira:
Bero-galeren ikuspuntutik, gasen ihesaldia da aldi okerrena eta, gainera, oso zaila da galera horiek eragoztea. Honelaxe banatzen dira bero-galerak motorraren lan-zikloaren lau aldien artean:
Motorren kutsadura
Aztertu ditugun motorrek erregaitzat petroliotik lortutako gaiak erabiltzen dituztenez, airera isurtzen dituzten gasetan poluitzaileak daude. Erregimen ez-jarraituan, emisioak gehitu egiten dira, hotzean egiten den pizteetan, azelerazioetan eta dezelerazioetan hain zuzen ere. Horrelakoetan, karbono monoxido eta hidrokarburo gehiago daude aireratzen den gas-nahastean. Jatorriaren arabera, hauexek dira garrantzitsuenak:
Erregaiaren depositu eta karburadoretik irteten direnak: gas hauek erre gabe irteten dira eta hidrokarburoak dira. Gaur egungo motor berriek ikatz aktibatuzko gailu bat dute deposituaren ondoan, gas horiek xurgatu eta depositu nagusira itzularazteko aukera ematen duena.
Karterretik datozen gasak: olio- eta errekuntza-gasak dira. Karterraren haizebidetik sarrera-sistemarekin komunikatuz, gas hauek errekuntza-ganberara itzularazten dira eta hor erretzen dira.
Ihes-gasak: errekuntza-ganberan erre ez diren hidrokarburoak eta errekuntza-gas guztiak (CO, NOx, SO2, etab.).
Gainelikadura
Motorren potentzia handitzeko modu bat airea zilindrora sartu baino lehen konprimatzea da. Horretarako, sarrera-sisteman turbokonpresore bat ezartzen da. Turbokonpresorea ardatz bera duten turbinaz eta konpresoreaz osatua dago.
Zilindrotik irteten diren ihes-gas beroak turbinarantz bideratzen dira, turbina birarazten dute eta horrek konpresoreari eragiten dio. Konpresoreak airea konprimatu eta zilindroetan sarrarazten du.
gainelikadurazko turbokonpresorea (Renault)
Gainelikaduraren abantailak hauexek dira, besteak beste.
Potentzia-unitate bakoitzaren kostua txikiagoa da
Potentzia espezifiko handiagoa
Errendimendu handiagoa
Motorraren erantzuteko abiadura edo ‘reprisea’ handiagoa da
Kontsumo txikiagoa
Poluitzaile gutxiago aireratzen dira, errekuntza airea sobera dela gertatzen delako. Horren ondorioz, gainera, motorraren bizitza luzeagoa da
Diesel motorretan abantaila hauek nabarmenagoak dira, egitura sendoagoa delako eta zilindroaren barruan erregaiaren eztandarik sortzen ez delako.
Martin Ibarra (EHU)