¿POR QUÉ un motor se detiene? (transmisión manual)


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Antes de que descartes mi pregunta como una que ya ha sido contestada un millón de veces, quiero aclarar. Entiendo que el motor necesita ir a ciertas rpm y cuando intenta accionar el embrague de una vez desde una parada completa, el motor no tiene suficiente potencia para mover el vehículo a esas rpm y luego el motor se detiene. Mi pregunta es, ¿POR QUÉ el motor necesita funcionar a un mínimo de rpm? Para aclarar, hay dos escenarios específicos que quiero discutir:

1.) Digamos que vas de la parada completa al 1er. Engancha el embrague demasiado rápido; el motor intenta mover el vehículo, obligando a que las rpm bajen demasiado, lo que hace que el automóvil se detenga. ¿Por qué no se pueden diseñar motores con tan bajas revoluciones por minuto que no sean iguales a un motor parado? ¿Es esto porque el motor se sobrecalentará y esto sirve como medida de protección?

2.) Digamos que vas a 70 mph y luego disminuyes la velocidad a 20 mph mientras sigues en 5ª marcha. En esta situación (nunca he hecho esto, pero solo estoy adivinando), el motor probablemente se detendrá porque el motor quiere ir a ciertas revoluciones por minuto, pero en la quinta marcha, el motor debe ir más lento que sus rpm mínimas y el motor no tiene suficiente potencia para acelerar el automóvil. ¿Es esto correcto?

¡Gracias por su ayuda chicos! Solo estoy aprendiendo a manejar el stick, y quiero entender cómo funciona todo debajo del capó también :)


No soy mecánico, así que realmente no puedo ofrecer muchas explicaciones, pero puedo decirle que, en general, el motor no se detiene a muy baja velocidad en el quinto, y frecuentemente hago esto cuando trato de parar gradualmente sin frenar el motor, yo sospecho que esto tiene algo que ver con el giro de las ruedas obligando al motor a seguir funcionando incluso a bajas RPM. Por otro lado, si pisa el acelerador en este estado, en el mejor de los casos, muy poco sucede y, en el peor de los casos, produce algunos ruidos muy desagradables.
Vality

Respuestas:


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Todo se reduce a que hay compensaciones. En el caso del motor, es la salida de torque y la masa giratoria versus la velocidad del motor ... sigue leyendo.

Primero, no se necesita potencia , sino par para mantener el motor en funcionamiento. En los primeros días de los motores, cada uno tenía un cilindro y no funcionaba muy rápido. Para mantenerlo en funcionamiento, tenía un volante muy grande conectado. Una vez que el motor estaba funcionando, continuó funcionando porque hay una pequeña declaración de física que dice algo como "la masa en movimiento tiende a permanecer en movimiento" y, por el contrario, "la masa en reposo tiende a permanecer en reposo". El volante proporciona la masa de la que estoy hablando.

Imagen extraída de mi.eng.cam.ac.uk ( NOTA: Esta es una máquina de vapor de un solo cilindro, pero se aplica el mismo principio).

Imagen extraída del sitio web de WZOZ 103.1FM (Este motor de gas de un solo cilindro tiene dos masas de volante, una en cada lado).

Los motores de hoy no son diferentes a los de antaño. Todavía requieren que la masa siga corriendo. Sin algún tipo de volante, dejarán de correr. Una transmisión manual tiene un volante regular, que es la masa de su motor. Una transmisión automática tiene un convertidor de par, que es la masa de su motor. Sin él, el motor morirá porque no hay suficiente masa para mantenerlo funcionando entre los disparos del pistón. La masa del volante proporciona el par necesario para mantenerlo en funcionamiento.

Incluso con esto en mente, para mantener un motor funcionando a velocidades más bajas, requiere que el motor produzca más torque. Piense en un gran barco oceánico con un motor diesel. El Wartsila-Sulzer RTA96-C es supuestamente el motor diesel más grande del mundo. Funciona, a plena velocidad, a 127 rpm (que generalmente es 1/7 de la velocidad de un motor de automóvil promedio). ¿Cómo se mantiene funcionando a esta velocidad? Dos razones: masa y par. La masa total del motor es enorme ... no anuncian directamente cuál es la masa giratoria (cigüeñal, volantes, etc.) del motor, pero si miras el video, verás de lo que estoy hablando. La segunda parte es el par. Anuncian que la salida de KW para su motor de 14 cilindros a 127 rpm es de 80.080 KW. Si ejecuta eso a través de algunos cálculos, 80,080 KW se convierten en 107,389.03 caballos de fuerza, que a las RPM dadas son 4,441,001.46 pies libras de torque. Su automóvil estándar de 4 cilindros solo produce cerca de 150-180 pies libras de par máximo, y eso es a un RPM mucho más alto, digamos entre 2500-6000. ( NOTA:Algunos motores de 4 cilindros pueden apagarlo en exceso, por ejemplo, alrededor de 300 pies libras o incluso más. Solo estoy usando los números como una guía general.) Se necesita una cantidad mínima de torque para mantener el motor en funcionamiento. Ni siquiera creo que Jay Leno contemple meter un motor Wartsila en un automóvil (aunque apuesto a que eso no le impide pensar en el motor, jajaja).

La masa del volante solo puede hacer mucho. Una vez que el cigüeñal alcanza un umbral bajo de rpm, el motor dejará de funcionar. Cuando un motor se encuentra por debajo de este umbral e intenta continuar funcionando, se aplica una gran cantidad de estrés a los componentes internos del motor. Piense en el objeto inamovible (pistones y varillas) que se encuentra con la fuerza irresistible (la mezcla de aire / combustible estallando). Una vez que el motor se desacelera lo suficiente, su masa (así como la masa del automóvil) alcanza el punto donde quiere descansar (el otro extremo del acuerdo de masa en movimiento). Algo tiene que ceder y ese don generalmente tiene el costo del pistón / vástago. Cuando reduce la velocidad de un vehículo mientras mantiene la transmisión en la quinta marcha, hará lo que se llama cargar el motor. Comenzará a sentir que el motor se mueve bruscamente hasta que deja de funcionar. Esta sensación de sacudida es de lo que estaba hablando cuando dije que su motor comenzará a experimentar un estrés extremo. Si se hace el tiempo suficiente, el motor puede experimentar suficiente tensión como para causar una falla catastrófica. Incluso hecho por un corto período de tiempo puede ocurrir daño.

Por lo tanto, la conclusión es que un motor requiere tanta salida de par para mantenerse en funcionamiento. A medida que el motor se desacelera, ese requisito de torque aumenta para mantenerlo en funcionamiento. En algún momento, un motor pequeño simplemente no tiene la masa necesaria, ni puede producir el torque que se requiere para mantenerlo en funcionamiento.


Un motor de combustión interna de un solo cilindro solo obtiene una carrera de potencia por cada dos revoluciones; debe mantener suficiente energía de ese golpe de poder para agotar el combustible gastado, extraer combustible nuevo y comprimirlo para el siguiente golpe de poder. El problema no es solo que no hay nada para mantener el motor en marcha: en realidad tiene que tener suficiente energía para hacer una cantidad significativa de trabajo en el ciclo de compresión.
supercat

@supercat ... El motor no continuará funcionando sin un volante. Esto puede ayudarte a entender .
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

Una máquina de vapor de acción simple y un cilindro necesita el volante para restablecer el pistón entre golpes, pero se necesita relativamente poca energía para hacerlo. Un motor de gasolina de cuatro tiempos de un solo cilindro necesita reutilizar mucha más energía de una carrera de potencia en preparación para la siguiente.
supercat

@supercat: en realidad, la mayoría de las máquinas de vapor no necesitan un volante para reiniciar entre golpes. La razón de esto es que son esencialmente un motor de un solo golpe . Los cilindros de las máquinas de vapor pueden usar ambos lados del pistón como una cámara de expansión y, por lo tanto, se empujarán hacia el otro lado del cilindro ... esto aplica energía en ambas direcciones. Extraño, pero funciona bastante bien. Creo que los cilindros hidráulicos funcionan de la misma manera, solo con presión hidráulica aplicada a ambos lados según sea necesario para proporcionar potencia.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

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Algunas máquinas de vapor grandes de la época victoriana tenían un cilindro grande de doble efecto, pero luego tenían un motor pequeño que podía conectarse si el motor grande se detenía en uno de sus "puntos muertos". El motor más pequeño estaba orientado con bastante severidad para que no moviera el grande muy rápido, pero podía moverlo lo suficientemente lejos como para permitir que se inicie.
supercat

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El motor está optimizado para ser eficiente a altas revoluciones o bajas revoluciones (diseño de motor de carrera o mezclador de cemento, respectivamente), pero no puede ser eficiente a todas las velocidades posibles, por lo que depende del conductor elegir la mejor velocidad y velocidad para que coincida las capacidades del motor que tiene, es decir, mantenerlo acelerando a las rpm apropiadas para la velocidad / par requerido de ese tipo de motor.


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Hay un par de problemas al tratar de ejecutar un motor de combustión interna lentamente.

En un motor de combustión interna de cuatro tiempos, el cilindro pasa por cuatro tiempos.

Chupar-exprimir-golpe-golpe

Solo en la carrera "Bang" el cilindro produce torque. Durante las otras carreras, especialmente la carrera de compresión y las transiciones entre carreras, el cilindro consume par. Si tenemos cuatro o menos cilindros, por lo tanto, debemos confiar en la inercia para mantener el motor girando. Por debajo de cierta velocidad, esto no funcionará y el motor se detendrá.

Si tenemos más de cuatro cilindros, evitamos ese problema. Siempre hay al menos un cilindro en la carrera "Bang", pero tenemos otro problema.

Para que el motor proporcione fuerza en general, los cilindros en la carrera de "explosión" deben proporcionar más fuerza que la que consumen los cilindros en la carrera de compresión. Gran parte de esta fuerza es generada por la expansión térmica de los gases, pero la expansión térmica es un proceso temporal. A medida que los gases en los cilindros de "explosión" se enfríen, ya no podrán proporcionar la fuerza suficiente para superar la fuerza de los cilindros de "compresión" y la fricción en el motor.

Los motores de vapor son un asunto diferente. La combustión y la generación de vapor son procesos continuos independientes de la velocidad de rotación. Por lo tanto, siempre que el motor tenga cilindros suficientes, puede producir torque a velocidad cero en cualquier posición.

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