The purpose of internal combustion engines is the production of mechanical power from the chemical energy contained in the fuel. In internal combustion engines, as distinct from external combustion engines, this energy is released by burning or oxidizing the fuel inside the engine. The fuel-air mixture before combustion and the burned products after combustion are the actual working fluids. The work transfers which provide the desired power output occur directly between these working fluids and the mechanical components of the engine. The internal combustion engines which are the subject of this article are spark-ignition engines (sometimes called Otto engines, or gasoline or petrol engines, though other fuels can be used) and compression-ignition or diesel engines. Because of their simplicity, ruggedness and high power weight ratio, these two types of engine have found wide application in transportation (land, sea, and air) and power generation. It is the fact that combustion takes place inside the work producing part of these engines that makes their design and operating characteristics fundamentally different from those of other types of engine.
Practical heat engines have served mankind for over two and a half centuries.
For the first 150 years, water, raised to steam, was interposed between the combustion gases produced by burning the fuel and the work-producing piston in-cylinder expander. It was not until the 1860s that the internal combustion engine became a practical reality. The early engines developed for commercial use burned coal-gas air mixtures at atmospheric pressure - there was no compression before combustion. J. J. E. Lenoir (1822-1900) developed the first marketable engine of this type. Gas and air were drawn into the cylinder during the first half of the piston stroke. The charge was then ignited with a spark, the pressure increased, and the burned gases then delivered power to the piston for the second half of the stroke. The cycle was completed with an exhaust stroke. Some 5000 of these engines were built between 1860 and 1865 in sizes up to six horsepower. Efficiency was at best about 5 percent.
A more successful development - an atmospheric engine introduced in 1867 by Nicolaus A. Otto (1832-1891) and Eugen Langen (1833-1895) - used the pressure rise resulting from combustion of the fuel-air charge early in the outward stroke to accelerate a free piston and rack assembly so its momentum would generate a vacuum in the cylinder. Atmospheric pressure then pushed the piston inward, with the rack engaged through a roller clutch to the output shaft. Production engines, of which about 5000 were built, obtained thermal efficiencies of up to 11 percent. A slide valve controlled intake, ignition by a gas flame, and exhaust.
To overcome this engine's shortcomings of low thermal efficiency and excessive weight, Otto proposed an engine cycle with four piston strokes: an intake stroke, then a compression stroke before ignition, an expansion or power stroke where work was delivered to the crankshaft, and finally an exhaust stroke. He also proposed incorporating a stratified-charge induction system, though this was not achieved in practice. His prototype four-stroke engine first ran in 1876. A comparison between the Otto engine and its atmospheric-type predecessor indicates the reason for its success (see Table 1.1): the enormous reduction in engine weight and volume. This was the breakthrough that effectively founded the internal combustion engine industry. By 1890, almost 50,000 of these engines had been sold in Europe and the United States.
TABLE 1.1
Comparison of Otto four-stroke cycle and Otto-Langen engines |
| |
Otto and Langen |
Otto four-stroke |
| Brake horsepower |
2 |
2 |
| Weight, lb, approx. |
4000 |
1250 |
| Piston displacement, in3 |
4900 |
310 |
| Power strokes per min |
28 |
80 |
| Shaft speed, rev/min |
90 |
160 |
| Mechanical efficiency, % |
68 |
84 |
| Overall efficiency, % |
11 |
14 |
| Expansion ratio |
10 |
2.5 |
In 1884, an unpublished French patent issued in 1862 to Alphonse Beau de Rochas (1815-1893) was found which described the principles of the four-stroke cycle. This chance discovery cast doubt on the validity of Otto's own patent for this concept, and in Germany it was declared invalid. Beau de Rochas also outlined the conditions under which maximum efficiency in an internal combustion engine could be achieved. These were:
1. The largest possible cylinder volume with the minimum boundary surface
2. The greatest possible working speed
3. The greatest possible expansion ratio
4. The greatest possible pressure at the beginning of expansion
The first two conditions hold heat losses from the charge to a minimum. The third condition recognizes that the greater the expansion of the postcombustion gases, the greatest the work extracted. The fourth condition recognizes that higher initial pressures make greater expansion possible, and give higher pressures throughout the process, both resulting in greater work transfer. Although Beau de Rochas' unpublished writings predate Otto's developments, he never reduced these ideas to practice. Thus Otto, in the broader sense, was the inventor of the modern internal combustion engine as we know it today.
Further developments followed fast once the full impact of what Otto had achieved became apparent. By the 1880s several engineers (e.g., Dugald Clerk, 1854-1913,; and James Robson, 1833-1913, in England and Karl Benz, 1844- 1929, in Germany) had successfully developed two-stroke internal combustion engines where the exhaust and intake processes occur during the end of the power stroke and the beginning of the compression stroke. James Atkinson (1846-1914) in England made an engine with a longer expansion than compression stroke, which had a high efficiency for the times but mechanical weaknesses. It was recognized that efficiency was a direct function of expansion ratio, yet compression ratios were limited to less than four if serious knock problems were to be avoided with the available fuels. Substantial carburetor and ignition system developments were required, and occurred, before high-speed gasoline engines suitable for automobiles became available in the late 1880s. Stationary engine progress also continued. By the late 1890s, large single-cylinder engines of 1.3-m bore fueled by low-energy blast furnace gas produced 600 bhp at 90 rev/min. In Britain, legal restrictions on volatile fuels turned their engine builders toward kerosene. Low compression ratio "oil" engines with heated external fuel vaporizers and electric ignition were developed with efficiencies comparable to those of gas engines (14 to 18 percent). The Hornsby-Ackroyd engine became the most popular oil engine in Britain, and was also built in large numbers in the United States.
In 1892, the German engineer Rudolf Diesel (1858-1913) outlined in his patent a new form of internal combustion engine. His concept of initiating combustion by injecting a liquid fuel into air heated solely by compression permitted a doubling of efficiency over other internal combustion engines. Much greater expansion ratios, without detonation or knock, were now possible. However, even with the efforts of Diesel and the resources of M.A.N. in Ausburg combined, it took five years to develop a practical engine.
Engine developments, perhaps less fundamental but nonetheless important to the steadily widening internal combustion engine markets have continued ever since. One more recent major development has been the rotary internal combustion engine. Although a wide variety of experimental rotary engines have been proposed over the years,' the first practical rotary internal combustion engine, the Wankel, was not successfully tested until 1957. That engine, which evolved through many years of research and development, was based on the designs of the German inventor Felix Wankel.
Fuels have also had a major impact on engine development. The earliest engines used for generating mechanical power burned gas. Gasoline, and lighter fractions of crude oil, became available in the late 1800s and various types of carburetors were developed to vaporize the fuel and mix it with air. Before 1905 there were few problems with gasoline; though compression ratios were low (4 or less) to avoid knock, the highly volatile fuel made starting easy and gave good cold weather performance. However, a serious crude oil shortage developed, and to meet the fivefold increase in gasoline demand between 1907 and 1915, the yield from crude had to be raised. Through the work of William Burton (1865-1954) and his associates of Standard Oil of Indiana, a thermal cracking process was developed whereby heavier oils were heated under pressure and decomposed into less complex more volatile compounds. These thermally cracked gasolines satisfied demand, but their higher boiling point range created cold weather starting problems. Fortunately, electrically driven starters, introduced in 1912, came along just in time.
On the farm, kerosene was the logical fuel for internal combustion engines since it was used for heat and light. Many early farm engines had heated carburetors or vaporizers to enable them to operate with such a fuel.
The period following World War I saw a tremendous advance in our understanding of how fuels affect combustion, and especially the problem of knock. The antiknock effect of tetraethyl lead was discovered at General Motors, and it became commercially available as a gasoline additive in the United States in 1923. In the late 1930s, Eugene Houdry found that vaporized oils passed over an activated catalyst at 450 to 480•C were converted to high quality gasoline in much higher yields than was possible with thermal cracking. These advances, and others, permitted fuels with better and better antiknock properties to be produced in large quantities; thus engine compression ratios steadily increased, improving power and efficiency.
During the past three decades, new factors for change have become important and now significantly affect engine design and operation. These factors are, first, the need to control the automotive contribution to urban air pollution and, second, the need to achieve significant improvements in automotive fuel consumption.
The automotive air-pollution problem became apparent in the 1940s in the Los Angeles basin. In 1952, it was demonstrated by Prof. A. J. Haagen-Smit that the smog problem there resulted from reactions between oxides of nitrogen and hydrocarbon compounds in the presence of sunlight. In due course it became clear that the automobile was a major contributor to hydrocarbon and oxides of nitrogen emissions, as well as the prime cause of high carbon monoxide levels in urban areas. Diesel engines are a significant source of small soot or smoke particles, as well as hydrocarbons and oxides of nitrogen. As a result of these developments, emission standards for automobiles were introduced first in California, then nationwide in the United States, starting in the early 1960s. Emission standards in Japan and Europe, and for other engine applications, have followed. Substantial reductions in emissions from spark-ignition and diesel engines have been achieved. Both the use of catalysts in spark-ignition engine exhaust systems for emissions control and concern over the toxicity of lead antiknock additives have resulted in the reappearance of unleaded gasoline as a major part of the automotive fuels market. Also, the maximum lead content in leaded gasoline has been substantially reduced. The emission-control requirements and these fuel developments have produced significant changes in the way internal combustion engines are designed and operated.
Internal combustion engines are also an important source of noise. There are several sources of engine noise: the exhaust system, the intake system, the fan used for cooling, and the engine block surface. The noise may be generated by aerodynamic effects, may be due to forces that result from the combustion process, or may result from mechanical excitation by rotating or reciprocating engine components. Vehicle noise legislation to reduce emissions to the environment was first introduced in the early 1970s.
During the 1970s the price of crude petroleum rose rapidly to several times its cost (in real terms) in 1970, and concern built up regarding the longer-term availability of petroleum. Pressures for substantial improvements in internal combustion engine efficiency (in all its many applications) have become very substantial indeed. Yet emission-control requirements have made improving engine fuel consumption more difficult, and the removal and reduction of lead in gasoline has forced spark-ignition engine compression ratios to be reduced. Much work is being done on the use of alternative fuels to gasoline and diesel. Of the non-petroleum-based fuels, natural gas, and methanol and ethanol (methyl and ethyl alcohols) are receiving the greatest attention, while synthetic gasoline and diesel made from shale oil or coal, and hydrogen could be longer-term possibilities.
It might be thought that after over a century of development, the internal combustion engine has reached its peak and little potential for further improvement remains. Such is not the case. Conventional spark-ignition and diesel engines continue to show substantial improvements in efficiency, power, and degree of emission control. New materials now becoming available offer the possibilities of reduced engine weight, cost, and heat losses, and of different and more efficient internal combustion engine systems. Alternative types of internal combustion engines, such as the stratified charge (which combines characteristics normally associated with either the spark-ignition or diesel) with its wider fuel tolerance, may become sufficiently attractive to reach large-scale production. The engine development opportunities of the future are substantial. While they present a formidable challenge to automotive engineers, they will be made possible in large part by the enormous expansion of our knowledge of engine processes which the last twenty years has witnessed.
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El propósito de los motores de combustión interna es la producción de energía mecánica a partir de la energía química contenida en el combustible. En los motores de combustión interna, a diferencia de los motores de combustión externa, esta energía se libera mediante la combustión u oxidación del combustible dentro del motor. La mezcla de combustible y aire antes de la combustión y los productos quemados después de la combustión son los fluidos de trabajo reales. Las transferencias de trabajo que proporcionan la potencia deseada ocurren directamente entre estos fluidos de trabajo y los componentes mecánicos del motor. Los motores de combustión interna que son el tema de este artículo son los motores de encendido por chispa (a veces llamados motores Otto, o motores de gasolina o nafta, aunque se pueden usar otros combustibles) y los motores de encendido por compresión o motores diésel. Debido a su simplicidad, robustez y alta relación peso-potencia, estos dos tipos de motores se han utilizado ampliamente en el transporte (terrestre, marítimo y aéreo) y la generación de energía. Es el hecho de que la combustión tenga lugar dentro de la parte productora de trabajo de estos motores lo que hace que su diseño y características de funcionamiento sean fundamentalmente diferentes de las de otros tipos de motores.
Los motores de calor prácticos han servido a la humanidad durante más de dos siglos y medio. Durante los primeros 150 años, el agua, convertida en vapor, se interponía entre los gases de combustión producidos por la quema del combustible y el pistón productor de trabajo en el cilindro. No fue hasta la década de 1860 que el motor de combustión interna se convirtió en una realidad práctica. Los motores tempranos desarrollados para uso comercial quemaban mezclas de aire y gas de carbón a presión atmosférica, sin compresión antes de la combustión. J. J. E. Lenoir (1822-1900) desarrolló el primer motor comercializable de este tipo. El gas y el aire se introducían en el cilindro durante la primera mitad del recorrido del pistón. La carga se encendía con una chispa, la presión aumentaba y los gases quemados proporcionaban potencia al pistón durante la segunda mitad del recorrido. El ciclo se completaba con una carrera de escape. Se construyeron alrededor de 5000 de estos motores entre 1860 y 1865 en tamaños de hasta seis caballos de fuerza. La eficiencia era de alrededor del 5 por ciento como máximo.
Un desarrollo más exitoso fue un motor atmosférico introducido en 1867 por Nicolaus A. Otto (1832-1891) y Eugen Langen (1833-1895), que utilizaba la elevación de presión resultante de la combustión de la mezcla de combustible y aire al principio del recorrido hacia afuera para acelerar un pistón libre y un conjunto de cremallera para que su momento generara un vacío en el cilindro. La presión atmosférica empujaba luego el pistón hacia adentro, con la cremallera acoplada mediante un embrague de rodillos al eje de salida. Los motores de producción, de los cuales se construyeron alrededor de 5000, obtenían eficiencias térmicas de hasta el 11 por ciento. Una válvula deslizante controlaba la admisión, el encendido se realizaba mediante una llama de gas y el escape.
Para superar las deficiencias de este motor, como su baja eficiencia térmica y peso excesivo, Otto propuso un ciclo de motor con cuatro tiempos de pistón: un tiempo de admisión, luego un tiempo de compresión antes de la ignición, un tiempo de expansión o potencia donde se entregaba trabajo al cigüeñal, y finalmente un tiempo de escape. También propuso incorporar un sistema de inducción de carga estratificada, aunque esto no se logró en la práctica. Su prototipo de motor de cuatro tiempos funcionó por primera vez en 1876. Una comparación entre el motor Otto y su predecesor tipo atmosférico indica la razón de su éxito (ver Tabla 1.1): la enorme reducción en peso y volumen del motor. Este fue el avance que fundó efectivamente la industria del motor de combustión interna. Para 1890, se habían vendido casi 50,000 de estos motores en Europa y Estados Unidos.
Tabla 1.1
Comparación de los motores de ciclo de cuatro tiempos Otto y Otto-Langen |
| |
Otto y Langen |
Otto de cuatro tiempos |
| Potencia de freno |
2 |
2 |
| Peso, lb, aproximado |
4000 |
1250 |
| Desplazamiento del pistón, in3 |
4900 |
310 |
| Carreras de potencia por minuto |
28 |
80 |
| Velocidad del eje, rev/min |
90 |
160 |
| Eficiencia mecánica, % |
68 |
84 |
| Eficiencia general, % |
11 |
14 |
| Relación de expansión |
10 |
2.5 |
En 1884, se descubrió una patente francesa no publicada emitida en 1862 a Alphonse Beau de Rochas (1815-1893), que describía los principios del ciclo de cuatro tiempos. Este descubrimiento fortuito puso en duda la validez de la propia patente de Otto para este concepto, y en Alemania se declaró inválida. Beau de Rochas también describió las condiciones bajo las cuales se podía lograr la máxima eficiencia en un motor de combustión interna. Estas fueron:
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El volumen de cilindro más grande posible con la superficie límite mínima.
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La mayor velocidad de trabajo posible.
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La mayor relación de expansión posible.
-
La mayor presión posible al comienzo de la expansión.
Las primeras dos condiciones mantienen las pérdidas de calor desde la carga al mínimo. La tercera condición reconoce que cuanto mayor sea la expansión de los gases poscombustión, mayor será el trabajo extraído. La cuarta condición reconoce que las presiones iniciales más altas permiten una mayor expansión y dan como resultado mayores presiones en todo el proceso, lo que resulta en una mayor transferencia de trabajo. Aunque los escritos no publicados de Beau de Rochas son anteriores a los desarrollos de Otto, nunca redujo estas ideas a la práctica. Por lo tanto, Otto, en un sentido más amplio, fue el inventor del moderno motor de combustión interna tal como lo conocemos hoy.
Los desarrollos posteriores siguieron rápidamente una vez que se hizo evidente el impacto completo de lo que Otto había logrado. En la década de 1880, varios ingenieros (por ejemplo, Dugald Clerk, 1854-1913; y James Robson, 1833-1913, en Inglaterra, y Karl Benz, 1844-1929, en Alemania) habían desarrollado con éxito motores de combustión interna de dos tiempos en los que los procesos de escape y admisión ocurrían al final del tiempo de potencia y al comienzo del tiempo de compresión. James Atkinson (1846-1914) en Inglaterra construyó un motor con un tiempo de expansión más largo que el tiempo de compresión, lo que tenía una alta eficiencia para la época pero debilidades mecánicas. Se reconoció que la eficiencia era una función directa de la relación de expansión, pero las relaciones de compresión estaban limitadas a menos de cuatro si se quería evitar problemas de detonación con los combustibles disponibles. Se requirieron y ocurrieron desarrollos sustanciales en los sistemas de carburador y encendido antes de que estuvieran disponibles motores de gasolina de alta velocidad adecuados para automóviles a fines de la década de 1880. El progreso de los motores estacionarios también continuó. A fines de la década de 1890, grandes motores de un solo cilindro de 1,3 metros de diámetro alimentados con gas de alto horno de baja energía producían 600 caballos de fuerza a 90 rev/min. En Gran Bretaña, las restricciones legales sobre los combustibles volátiles llevaron a sus fabricantes de motores a utilizar queroseno. Se desarrollaron motores de "aceite" de baja relación de compresión con vaporizadores de combustible externos calentados e ignición eléctrica con eficiencias comparables a las de los motores de gas (14 a 18 por ciento). El motor Hornsby-Ackroyd se convirtió en el motor de aceite más popular en Gran Bretaña y también se construyó en grandes cantidades en Estados Unidos.
En 1892, el ingeniero alemán Rudolf Diesel (1858-1913) describió en su patente una nueva forma de motor de combustión interna. Su concepto de iniciar la combustión mediante la inyección de un combustible líquido en un aire calentado únicamente por compresión permitía duplicar la eficiencia respecto a otros motores de combustión interna. Ahora era posible lograr relaciones de expansión mucho mayores sin detonación o golpeteo. Sin embargo, incluso con los esfuerzos de Diesel y los recursos de M.A.N. en Augsburgo, se necesitaron cinco años para desarrollar un motor práctico.
Los desarrollos de los motores, tal vez menos fundamentales pero no menos importantes para los mercados de motores de combustión interna en constante expansión, han continuado desde entonces. Uno de los desarrollos importantes más recientes ha sido el motor de combustión interna rotativo. Aunque se han propuesto una amplia variedad de motores rotativos experimentales a lo largo de los años, el primer motor rotativo de combustión interna práctico, el Wankel, no se probó con éxito hasta 1957. Ese motor, que evolucionó a lo largo de muchos años de investigación y desarrollo, se basó en los diseños del inventor alemán Felix Wankel.
Los combustibles también han tenido un gran impacto en el desarrollo de motores. Los primeros motores utilizados para generar energía mecánica quemaban gas. La gasolina y las fracciones más ligeras del petróleo crudo estuvieron disponibles a finales del siglo XIX y se desarrollaron diversos tipos de carburadores para vaporizar el combustible y mezclarlo con aire. Antes de 1905, no había problemas con la gasolina; aunque las relaciones de compresión eran bajas (4 o menos) para evitar la detonación, el combustible altamente volátil facilitaba el arranque y ofrecía un buen rendimiento en climas fríos. Sin embargo, se produjo una grave escasez de petróleo crudo y, para satisfacer el aumento quíntuple en la demanda de gasolina entre 1907 y 1915, fue necesario aumentar la producción a partir del petróleo crudo. A través del trabajo de William Burton (1865-1954) y sus colaboradores de Standard Oil de Indiana, se desarrolló un proceso de craqueo térmico en el que se calentaban aceites más pesados bajo presión y se descomponían en compuestos volátiles menos complejos. Estas gasolinas craqueadas térmicamente satisfacían la demanda, pero su mayor rango de punto de ebullición creaba problemas de arranque en climas fríos. Afortunadamente, los motores de arranque accionados eléctricamente, introducidos en 1912, llegaron justo a tiempo.
En el campo, el queroseno era el combustible lógico para los motores de combustión interna, ya que se utilizaba para calefacción e iluminación. Muchos motores agrícolas tempranos tenían carburadores o vaporizadores calentados para poder funcionar con ese combustible.
El período posterior a la Primera Guerra Mundial fue testigo de un tremendo avance en nuestra comprensión de cómo los combustibles afectan la combustión y, especialmente, el problema del golpeteo. El efecto antidetonante del tetraetilo de plomo se descubrió en General Motors, y se convirtió en un aditivo comercialmente disponible para la gasolina en los Estados Unidos en 1923. A finales de la década de 1930, Eugene Houdry descubrió que los aceites vaporizados que pasaban sobre un catalizador activado a 450 a 480 °C se convertían en gasolina de alta calidad en rendimientos mucho mayores que los posibles con el craqueo térmico. Estos avances, entre otros, permitieron producir combustibles con propiedades antidetonantes cada vez mejores en grandes cantidades, lo que llevó a un aumento constante en las relaciones de compresión del motor, mejorando la potencia y la eficiencia.
Durante las últimas tres décadas, han surgido nuevos factores de cambio que ahora afectan significativamente el diseño y funcionamiento de los motores. Estos factores son, en primer lugar, la necesidad de controlar la contribución automotriz a la contaminación del aire urbano y, en segundo lugar, la necesidad de lograr mejoras significativas en el consumo de combustible automotriz.
El problema de la contaminación del aire automotriz se hizo evidente en la década de 1940 en la cuenca de Los Ángeles. En 1952, el profesor A. J. Haagen-Smit demostró que el problema de la niebla allí se debía a reacciones entre los óxidos de nitrógeno y los compuestos de hidrocarburos en presencia de la luz solar. Con el tiempo, quedó claro que el automóvil era un contribuyente importante a las emisiones de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno, así como la principal causa de altos niveles de monóxido de carbono en las áreas urbanas. Los motores diésel son una fuente importante de pequeñas partículas de hollín o humo, así como de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno. Como resultado de estos desarrollos, se introdujeron estándares de emisiones para automóviles primero en California y luego en todo Estados Unidos, a partir de principios de la década de 1960. Se han establecido estándares de emisiones en Japón y Europa, y para otras aplicaciones de motores. Se han logrado reducciones sustanciales en las emisiones de motores de encendido por chispa y motores diésel. Tanto el uso de catalizadores en los sistemas de escape de los motores de encendido por chispa para el control de emisiones como la preocupación por la toxicidad de los aditivos antidetonantes de plomo han dado lugar a la reaparición de la gasolina sin plomo como una parte importante del mercado de combustibles automotrices. Además, se ha reducido sustancialmente el contenido máximo de plomo en la gasolina con plomo. Los requisitos de control de emisiones y estos desarrollos de combustibles han producido cambios significativos en la forma en que se diseñan y operan los motores de combustión interna.
Los motores de combustión interna también son una fuente importante de ruido. Hay varias fuentes de ruido del motor: el sistema de escape, el sistema de admisión, el ventilador utilizado para la refrigeración y la superficie del bloque del motor. El ruido puede ser generado por efectos aerodinámicos, puede deberse a fuerzas que resultan del proceso de combustión o puede ser resultado de la excitación mecánica por componentes del motor que giran o se desplazan. La legislación sobre el ruido de los vehículos para reducir las emisiones al medio ambiente se introdujo por primera vez a principios de la década de 1970.
Durante la década de 1970, el precio del petróleo crudo aumentó rápidamente varias veces su costo (en términos reales) en 1970, y surgieron preocupaciones sobre la disponibilidad a largo plazo del petróleo. Las presiones para lograr mejoras sustanciales en la eficiencia de los motores de combustión interna (en todas sus muchas aplicaciones) se han vuelto muy significativas. Sin embargo, los requisitos de control de emisiones han dificultado la mejora del consumo de combustible del motor, y la eliminación y reducción de plomo en la gasolina ha obligado a reducir las relaciones de compresión de los motores de encendido por chispa. Se está realizando mucho trabajo en el uso de combustibles alternativos a la gasolina y el diésel. De los combustibles no basados en el petróleo, el gas natural y el metanol y etanol (alcoholes metílico y etílico) están recibiendo la mayor atención, mientras que la gasolina y el diésel sintéticos fabricados a partir de pizarra petrolífera o carbón, y el hidrógeno podrían ser posibilidades a más largo plazo.
Podría pensarse que después de más de un siglo de desarrollo, el motor de combustión interna ha alcanzado su punto máximo y queda poco potencial para una mejora adicional. Pero ese no es el caso. Los motores de encendido por chispa y los motores diésel convencionales siguen mostrando mejoras sustanciales en eficiencia, potencia y grado de control de emisiones. Los nuevos materiales que ahora están disponibles ofrecen posibilidades de reducción de peso, costo y pérdidas de calor, así como sistemas de motores de combustión interna diferentes y más eficientes. Los tipos de motores de combustión interna alternativos, como la carga estratificada (que combina características normalmente asociadas con el encendido por chispa o el diésel) con su mayor tolerancia de combustible, pueden volverse lo suficientemente atractivos como para alcanzar la producción a gran escala. Las oportunidades de desarrollo de motores en el futuro son sustanciales. Si bien presentan un desafío formidable para los ingenieros automotrices, se harán posible en gran parte gracias a la enorme expansión de nuestro conocimiento de los procesos del motor que hemos presenciado en los últimos veinte años. |
