Optimización de la Combustión en Motores de Explosión

Cruce de Válvulas

Escape: La apertura se realiza antes del Punto Muerto Inferior (PMI). El cierre se retrasa más allá del Punto Muerto Superior (PMS) para asegurar la mínima fracción de residuos. Válvula de escape abierta: 180° + adelantamiento de apertura + retraso de cierre.

Admisión: Apertura antes del PMS. Durante un tiempo, ambas válvulas están abiertas (cruce de válvulas). El cierre de admisión se produce después del PMI, aumentando el rendimiento volumétrico y la energía producida por el motor.

Combustión en Motores Otto

Mezcla Estequiométrica

La máxima Presión Media Efectiva (PME) se produce con un dosado ligeramente más rico que el estequiométrico, aproximadamente 1/12.8. Esto se debe a que el nitrógeno en el aire dificulta la combustión.

Mezclas Ricas y Pobres

• F=1/11: Mezcla rica, no se quema completamente y se desperdicia en el escape (menor PME).
• F>1/7: Mezcla muy rica, no se produce chispa.
• F=1/18: Combustión continúa al abrir la válvula de admisión, riesgo de retroceso hacia el carburador.
• F=1/22: El motor se detiene.
• Las mezclas pobres aumentan la temperatura del cilindro.

La velocidad máxima de la llama es de unos 25 m/s con F=1/12.8.

Síntomas según el Dosado

• Gases de escape: Incoloros (estequiométrica), rojos (rica), azulados (pobre).
• Bujías: Blancas (pobre), marrones (estequiométrica), negras con hollín (rica).
• Temperatura: Normal (estequiométrica), aumento (rica), gran aumento (pobre).

Lo ideal es un dosado ligeramente más rico que el de mínimo consumo en cada momento.

Inconvenientes de la Carburación

Problemas de Arranque en Frío

Dificultad para mezclar el combustible en frío.

Solución: Mariposa de aire que reduce la presión interna y enriquece la mezcla. Conductos adicionales en motores de aviación.

Ralentí

Con la mariposa casi cerrada, el flujo de combustible es insuficiente.

Solución: Conducto que lleva combustible por debajo de la mariposa.

Transitorio de Aceleración

El combustible se deposita en el colector de admisión, empobreciendo la mezcla.

Solución: Bomba de reprís que inyecta combustible al abrir la mariposa.

Deceleración

Enriquecimiento excesivo de la mezcla, quemándose en el escape.

Solución: Muy difícil de implementar.

Dosado de Crucero vs. Máxima Pendiente

Diferencia entre el dosado óptimo para crucero y para máxima potencia.

Solución: Sistema de enriquecimiento a plena carga.

Incapacidad de Dosado Constante

Las diferencias de presión en la garganta de admisión impiden un dosado constante.

Inyección de Combustible

Bomba: Levas bombean el combustible, que también refrigera la bomba.

Regulador de Presión: Diafragma que devuelve el exceso de combustible al depósito.

Inyector: Electroimán que controla el flujo de combustible.

Unidad de Mando: Mecánica (presión) o eléctrica (tiempo de apertura según régimen y volumen de aire).

Ventajas de la Inyección

• Control preciso del dosado.
• Reducción del área mojada en el colector (multipunto).
• Control individual de la inyección en cada cilindro.
• Menor inercia del combustible.
• Economía de combustible al operar más tiempo con dosado de mínimo consumo.
• Aplicable a cualquier tipo de motor.
• Independencia del tipo de refrigeración.
• Potencia máxima en cada cilindro.

Tipos de Combustión en Motores ECH

Combustión Normal vs. Anormal

Detonación: Velocidades de combustión elevadas que generan gradientes de presión perjudiciales.

Ignición Superficial: Puntos calientes por carbonilla que pueden causar detonación.

Factores que Afectan la Combustión

Turbulencia: Velocidades de llama y arrastre de llama. La combustión es laminar en las islas y turbulenta en los bordes.

Combustión Normal

Variables que influyen en la velocidad de la llama:

• Presión y Temperatura: Mayor presión y temperatura aumentan la turbulencia.
• Dosado: Mezclas ricas favorecen la formación de islas y la turbulencia.
• Gases Residuales: Actúan como diluyentes, disminuyendo la velocidad de la llama.
• Humedad: Absorbe energía de las islas.

Factores que Influyen en la Detonación

• Mayor relación de compresión: Aumenta temperatura y presión.
• Sobrealimentación: Incrementa la presión de admisión.
• Temperatura de admisión elevada.
• Temperatura de funcionamiento del motor elevada.
• Avance de encendido: Aumenta la presión.
• Mejora de la refrigeración: Disminuye la detonación.
• Régimen de giro elevado: Menor tendencia a la detonación.