Rendimiento Volumétrico en Motores de Combustión: Factores y Optimización

Rendimiento Volumétrico (ηv)

El rendimiento volumétrico (ηv) representa la eficiencia del llenado y se define como la relación entre la masa de mezcla o aire fresco que entra en el motor por ciclo y la masa que llenaría la cilindrada en condiciones de presión y temperatura de referencia. Para calcularlo, es necesario considerar que la masa de fluido admitida es una mezcla de aire y gasolina.

Factores que afectan al rendimiento volumétrico

• Régimen de giro: Presenta un máximo que coincide con el punto ideal de funcionamiento del motor (donde se alcanza el par máximo).
• Grado de admisión: Se refiere a la estrangulación que se ejerce sobre la corriente entrante del fluido a través de la mariposa de gases.
• Forma y secciones de paso de las válvulas: Debido a la diferencia entre la sección del pistón y la sección de paso de las válvulas, estas generan una restricción al flujo.
• Colector de admisión: Su geometría adecuada puede mejorar el rendimiento volumétrico aprovechando la inercia y los efectos dinámicos del conducto.
• Diagrama de distribución: Es fundamental para optimizar el rendimiento volumétrico.

Sistemas para optimizar el llenado en motores de 4 tiempos

Colectores de admisión variable

Estos sistemas permiten adaptar la geometría del colector para mejorar la eficiencia volumétrica en diferentes rangos de revoluciones.

Distribución multiválvulas

Su objetivo es aumentar la sección de paso de las válvulas, mejorando el rendimiento volumétrico al disminuir las pérdidas de carga. Para ello, se maximiza la sección de paso en el área disponible de la cámara de combustión mediante dos métodos:

1. Instalando dos válvulas (admisión y escape) para obtener un área máxima y aprovechar la superficie de la cámara.
2. Utilizando varias válvulas (1-2 de escape, 2-3 de admisión), lo que reduce el peso de los componentes y optimiza el aprovechamiento del espacio en la cámara de combustión.

Esta configuración permite mantener una cámara de combustión de forma hemisférica. No obstante, si se mantiene un sistema de distribución fijo, el funcionamiento del motor solo estará optimizado para un rango de revoluciones muy estrecho.

Distribución variable

Este sistema representa el alzado de las válvulas de admisión y escape en función del ángulo de giro del cigüeñal. En un sistema convencional, el perfil de alzada y la fase de las curvas son constantes, lo que hace que el ángulo de cruce sea invariable.

El objetivo de la distribución variable es modificar el alzado de las válvulas, la fase, o ambos parámetros en los árboles de levas de admisión y escape. Esto permite obtener un sistema de distribución adaptativo a las condiciones de revoluciones y carga del motor en cada momento.