Conceptos Clave de Motores de Combustión Interna: Funcionamiento y Componentes

Ecuaciones Fundamentales

• P_i6cil = P_e6cil + P_r6cil
• P_i5cil = P_e5cil + P_r6cil
• P_i1cil = P_e6cil + P_r5cil
• P_i = P_i1ci + ... + P_i6cil
• Rendimiento = P_e / P_i
• P_e = T * 2 * π * n = (T * n) / 9549 kW

Definiciones Esenciales

• Índice de octano: Es la medida de la capacidad antidetonante del combustible (gasolina) que es necesaria para una buena combustión, es decir, sin producir detonaciones o explosiones exageradas dentro del motor.
• Ciclo: Serie de procesos en conjunto, que parten de un punto y finalizan en el mismo.
• Regulación de carga:
  1. Máquina que el motor mueve.
  2. Valor cuantitativo.
  3. Relativo o porcentaje de carga se define:
  • %C = Potencia que está desarrollando / Potencia máxima que el motor puede desarrollar a la misma velocidad de rotación
• Plena carga: Acelerador a fondo.
• Conjunto móvil: Recibe el trabajo del gas para entregarlo a la carga; pistón, pasador, biela, cigüeñal, dámper.
• Anillos: Responsables de la estanqueidad del fluido, arriba el gas, abajo el aceite. Menos anillos, mejor; se produce menos roce (3 normal: cortafuego, aceitero, compresión).

Sistemas del Motor

Admisión

En la admisión de motores de encendido por chispa (EC) y motores de encendido por compresión (ECH) están presentes los filtros de aire para retener las partículas de polvo que son abrasivas (Sí). EC solo admite aire, mientras que ECH admite aire + combustible.

Escape

1. Transmite gases de escape.
2. Tienen silenciador (disminuye el ruido).
3. Tratamiento de los gases (catalítico funciona en un cierto rango).

Carburador

Realiza la mezcla mecánicamente en proporciones adecuadas. Sistema de lazo abierto. Al acelerar, disminuye la presión, aumentando el flujo de aire y aporta el combustible.

Sistema de Inyección (ECH)

Son retroalimentados. Maneja la cantidad de combustible mandando una señal al computador de acuerdo al flujo de aire que está pasando por la mariposa (λ = 1). Sistema de lazo cerrado.

• Inyección monopunto: Solo un inyector alimenta todos los cilindros.
• Inyección multipunto: Un inyector por cilindro; van detrás de la válvula de admisión, nunca en el centro como los EC, debido a que las condiciones que se presentan, el combustible tiende a evaporarse (bajo punto de fusión).
• Inyección continua: Constantemente abierto para aportar todo el combustible.
• Inyección intermitente: Una o dos veces inyecta por ciclo de funcionamiento.

Ventajas de la inyección sobre el carburador: Menor consumo de combustible, aumento de la potencia, gases de escape poco contaminantes.

Sistema de Inyección (EC)

• Inyección indirecta: Entra el aire comprimido en la precámara o cámara de turbulencias, generalmente en forma esférica, unida a la cámara principal por un pasaje estrecho que desemboca tangencialmente a la precámara, induciendo una gran turbulencia en el aire que ingresa al volumen esférico durante la compresión. Contiene aproximadamente el 80% del aire comprimido. Las paredes están diseñadas para retener el calor y mantener alta temperatura para luego ser inyectado el combustible con el fin de asegurar la combustión (rápida). Luego, en la cámara de precombustión, el resto del aire comprimido que no se alcanzó a quemar en la combustión ahora es envuelto en llamas, gasificándose y expandiéndose a la cámara principal, completando la combustión. Tiene como desventaja el arranque en frío; disponen de bujía incandescente.
• Inyección directa: El inyector está puesto de manera que rocía una carga de combustible (en forma de gotas, dado las condiciones generadas y velocidad que inyecta, estas tienden a evaporarse) directamente en la cámara de combustión. La turbulencia del aire es generada por la geometría de la cabeza del pistón.

Ventajas de la inyección directa sobre la indirecta: Presiones más altas, relación aire/combustible mejorada, combustible finamente atomizado es más completa la combustión, hay menos hidrocarburos (HC) sin quemarse en los gases de escape, ahorro de combustible aproximadamente del 10 al 15%.

Distribución (ECH)

• AAA (Avance Apertura Admisión): Comienza antes del punto muerto superior (PMS) para asegurar que la válvula esté completamente abierta en el momento de pasar por el PMS y disminuir las pérdidas por remanso a través de la válvula. Esto ocurre en la carrera de escape.
• RCA (Retardo Cierre Admisión): Los gases, al ingresar al cilindro, entran con cierta energía cinética que se utiliza para introducir más masa de aire una vez que el pistón ha llegado al punto muerto inferior (PMI).
• AE (Avance Encendido): Antes del PMS para asegurar la mezcla, se produce la combustión. Si está adelantada, generaría llamas por el escape.
• AAE (Avance Apertura Escape): Durante la expansión de los gases de alta presión, empujan el pistón hacia el PMI, transformando parte de la energía en energía mecánica. Antes de llegar al PMI, se empieza a abrir la válvula de escape, con lo que los gases, al estar a mayor presión que la atmosférica, salen al exterior, de manera que al iniciarse la carrera de escape (pasado el PMI), la presión está más próxima a la atmosférica, disminuyendo el trabajo que absorbe el pistón al efectuar el barrido de los gases.
• RCE (Retardo Cierre Escape): Durante la carrera de escape, los gases quemados adquieren energía cinética, por lo que si se retrasa el cierre de la válvula de escape, por estar en ese instante la válvula de admisión abierta, los gases en su salida arrastran gases residuales, siendo sustituidos por los gases frescos, aumentando la masa de gases frescos introducida al cilindro.