Optimización del Rendimiento en Motores Modernos: Colectores de Admisión, Escape y Pistones

Colectores de Admisión Variable en Motores Modernos

Los colectores de admisión variable permiten modificar las características del colector de admisión para mejorar el rendimiento volumétrico, es decir, la respiración del motor, a cualquier número de r.p.m. Existen dos métodos principales para lograr esto:

1. Inercia de Gases

Es el método más utilizado y se basa en dos tipos de colectores:

• Los colectores de admisión largos y estrechos mejoran el rendimiento volumétrico en bajas r.p.m.
• Los colectores cortos y anchos mejoran el rendimiento volumétrico en altas r.p.m.

Se montan dos tuberías y funcionan según el número de r.p.m.

2. Resonancia Acústica

Se calculan las dimensiones y se tienen en cuenta las oscilaciones provocadas por las válvulas al abrirse y cerrarse. Se producen rebotes que favorecen la entrada de aire, permitiendo diseñar el colector ideal. Están diseñados para varios rangos de r.p.m. y se centran en ondas de presión.

Es un sistema neumático gestionado electrónicamente mediante tres configuraciones:

1. Ralentí, baja carga, bajas r.p.m.: El paso a la cámara secundaria está abierto, lo que es ideal para favorecer la respiración del motor.
2. Desde ralentí hasta 4300 r.p.m. (Otto), más de media carga: El paso a la cámara secundaria se cierra, funcionando como un sistema de admisión normal.
3. De 4300 r.p.m. a 6000 r.p.m. aproximadamente, independientemente de la carga: El paso a la cámara secundaria vuelve a abrirse, favoreciendo que el aire llegue a tiempo.

Colectores de Escape

Los colectores de escape recogen los gases de escape y los dirigen hacia el catalizador. Tradicionalmente se fabrican de fundición de hierro, aunque en algunos casos se utilizan acero inoxidable y titanio, materiales que soportan bien la temperatura y la presión. La principal característica es que deben tener un diseño adecuado para evitar contrapresiones generadas por la apertura y cierre de las válvulas. Su punto débil es la unión con la culata, por lo que las juntas deben ser de alta calidad para soportar la alta presión y asegurar que todos los gases salgan por el escape.

Pistones: Función y Características

El pistón es un elemento móvil que se desplaza en el interior del cilindro para realizar el ciclo de funcionamiento del motor.

Funciones del Pistón

1. Transmitir los esfuerzos producidos por la combustión a la biela.
2. Mantener cerrada la cavidad volumétrica (cilindro).
3. Absorber gran parte del calor de la combustión y transmitirlo al cilindro.
4. Facilitar el proceso de intercambio de calor sin cambios en su estructura.

Características de los Pistones

1. Ligereza y robustez.
2. Funcionamiento silencioso.
3. Larga duración (materiales resistentes a la corrosión).
4. Soportar valores extremos de temperatura y presión (más de 100 kg/cm² y 500 ºC).
5. Gran conductividad térmica (por eso suelen ser de aluminio).

Materiales de Fabricación

Los pistones se fabrican principalmente con aleaciones ligeras de aluminio y silicio. En casos donde se requiere mayor resistencia, se añaden níquel, cobre y magnesio.

Tipos de Pistones

Existen cuatro tipos principales de pistones:

1. Autotérmico: Se caracteriza por llevar cerca del bulón unas láminas de acero montadas dentro del pistón. Su objetivo es equilibrar las dilataciones, regulándose automáticamente por el calor.
2. Compensador: Se fabrican de forma ovalada o acampanada para que, al calentarse el motor, adopten una forma cilíndrica.
3. Compensado por Ranuras: Presentan ranuras de varios tipos (en T, en U, etc.) que permiten que el pistón se deforme controladamente al dilatarse.
4. Con Soporte de Fundición Gris: Incorporan un anillo de fundición gris que reduce la dilatación del pistón.