motores de combustión interna
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MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y LA
INYECCIÓN DE GASOLINA COMO PASO A LA
INNOVACIÓN EN LOS MOTORES DE HOY EN DÍA.
Por Diego Méndez Luna
INTRODUCCIÓN
Se hablara de los motores de
combustión interna en un panorama
muy general pero detallando cada una
de sus partes y de los procesos que
han tenido y las evoluciones que se
han desarrollado en este tipo de
motor.
EL PANORAMA GENERAL
Un motor de combustión interna es
cualquier tipo de máquina que obtiene
energía mecánica directamente de la
energía química producida por un
combustible que arde dentro de una
cámara de combustión, la parte principal de
un motor.
La inyección de combustible es un
sistema de alimentación de motores
de combustión interna, alternativo
al carburador en los motores de
explosión, que es el que usan
prácticamente todos los automóviles
europeos desde 1990, debido a la
obligación de reducir las emisiones
contaminantes.
PARA INICIAR…
Ya conociendo el análisis y funcionamiento del uso
de los motores de combustión interna y el proceso
y añadimiento de la inyección de combustible…
Se tocara el tema del desarrollo de los motores
gracias a estos procedimientos, es decir, la
evolución de los motores con el paso del tiempo y a
lo que se quiere llegar o se podría llegar en unos
años.
EL DESARROLLO
El motor naftero
Funciona con nafta o gasolina regular. En éste tipo
de motor, el combustible vaporizado y mezclado
con aire, entra en ignición por medio de una chispa
eléctrica.
Tipos de motores de combustión interna.
MOTOR DIESEL
Utiliza el calor de un proceso de combustión para
impulsar un pistón, pero en el que no se necesita
chispa.
En lugar de ello, el combustible, vaporizado, se
inyecta y entra en contactó con aire calentado
hasta una temperatura suficiente para que aquél
arda por sí mismo.
Los motores de encendido por compresión
emplean aceites pesados (gas-oil) en lugar de
gasolina.
GENERALIDADES EN LOS MOTORES
La fuerza que impulsa a ambos tipos de motores
no es, en términos estrictos, una
“explosión”, aunque reciba este nombre el tiempo
en que la fuerza actúa.
Los combustibles que se utilizan se encienden con
rapidez, pero se queman con relativa lentitud si se
los compara, por ejemplo, con la dinamita.
OTRA GENERALIDAD
La gran mayoría de los motores de combustión
interna destinados a los vehículos automóviles son
de movimiento alternativo. En ellos, el vaivén de
uno o varios pistones se convierte, por medio de un
cigüeñal, en movimiento rotatorio, de forma muy
semejante a aquella en que los movimientos más o
menos verticales de las piernas de un ciclista
hacen girar la rueda dentada de la bicicleta.
LA CLASIFICACIÓN DE LOS ALTERNATIVOS
De dos tiempos (2T): efectúan una carrera útil de
trabajo en cada giro
De cuatro tiempos (4T) efectúan una carrera útil de
trabajo cada dos giros.
Existen los diésel y gasolina tanto en 2T como en
4T.
APLICACIONES MAS COMUNES
2T gasolina: tuvo gran aplicación en las
motocicletas, motores de ultraligeros y motores
marinos fuera-borda hasta una cierta
cilindrada, habiendo perdido mucho terreno en este
campo por las normas anticontaminación. Además
de, en las cilindradas mínimas de ciclomotores y
scooters, sólo motores muy pequeños como moto-
sierras y pequeños grupos electrógenos siguen
llevándolo.
MAS APLICACIONES
4T gasolina: domina en las aplicaciones en
motocicletas de todas las
cilindradas, automóviles, aviación deportiva y fuera
borda.
2T diésel: domina en las aplicaciones navales de
gran potencia, hasta 100000 CV hoy día, tracción
ferroviaria. En su día se usó en aviación con cierto
éxito.
4T diésel: domina en el transporte
terrestre, automóviles, aplicaciones navales hasta
una cierta potencia. Empieza a aparecer en la
aviación deportiva.
ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO
Cámara de combustión
La cámara de combustión es un cilindro, por lo
general fijo, cerrado en un extremo y dentro del
cual se desliza un pistón muy ajustado al cilindro.
La posición hacia dentro y hacia fuera del pistón
modifica el volumen que existe entre la cara interior
del pistón y las paredes de la cámara.
La cara exterior del pistón está unida por una biela
al cigüeñal, que convierte en movimiento rotatorio
el movimiento lineal del pistón.
Encendido
Los motores necesitan una forma de iniciar la ignicióndel combustible dentro del cilindro.
En los motores Otto, el sistema de ignición consiste enun componente llamado bobina de encendido, que esun auto-transformador de alto voltaje al que estáconectado un conmutador que interrumpe la corrientedel primario para que se induzca un impulso eléctricode alto voltaje en el secundario.
Refrigeración
Dado que la combustión produce calor, todos los
motores deben disponer de algún tipo de sistema de
refrigeración. Algunos motores estacionarios de
automóviles y de aviones y los motores fueraborda se
refrigeran con aire.
Los cilindros de los motores que utilizan este sistema
cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de
metal que emiten el calor producido dentro del cilindro.
En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo
que implica que los cilindros se encuentran dentro de
una carcasa llena de agua que en los automóviles se
hace circular mediante una bomba. El agua se refrigera
al pasar por las láminas de un radiador.
Sistema de arranque
Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los
motores de combustión interna no producen un par de
fuerzas cuando arrancan, lo que implica que debe
provocarse el movimiento del cigüeñal para que se pueda
iniciar el ciclo.
Los motores de automoción utilizan un motor
eléctrico conectado al cigüeñal por
un embrague automático que se desacopla en cuanto
arranca el motor. Por otro lado, algunos motores
pequeños se arrancan a mano girando el cigüeñal con
una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla
alrededor del volante del cigüeñal.
Sistema de alimentación
El sistema de alimentación de combustible de un motor Otto consta de un depósito, una bomba decombustible y un dispositivo dosificador de combustible que vaporiza o atomiza el combustible desdeel estado líquido, en las proporciones correctas para poder ser quemado.
Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora venía siendo utilizado con este fin en los motoresOtto. Ahora los sistemas de inyección de combustible lo han sustituido por completo por motivosmedioambientales.
FUNCIONAMIENTO
1. Tiempo de admisión - El aire y el combustible mezclados
entran por la válvula de admisión.
2. Tiempo de compresión - La mezcla aire/combustible es
comprimida y encendida mediante la bujía.
3. Tiempo de combustión - El combustible se inflama y el
pistón es empujado hacia abajo.
4. Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen
hacia fuera a través de la válvula de escape
MOTORES DIESEL
En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que
la combustión tiene lugar en este último a volumen
constante en lugar de producirse a una presión
constante.
La mayoría de los motores diésel son asimismo del
ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamaño muy
grande, ferroviarios o marinos, que son de dos
tiempos.
Las fases son diferentes de las de los motores de
gasolina.
MOTOR DE 2 TIEMPOS
Con un diseño adecuado puede conseguirse que
un motor Otto o diésel funcione a dos tiempos, con
un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de
cada cuatro fases.
La eficiencia de este tipo de motores es menor que
la de los motores de cuatro tiempos, pero al
necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo
completo, producen más potencia que un motor
cuatro tiempos del mismo tamaño.
MOTOR DE 5 TIEMPOS
Otto diseñó y construyó un motor con doble
expansión, concepto propuesto por los ingleses
Jonathan Hornblower y Artur Woolf.
En 1906 la empresa EHV radicada en
Connecticut, EEUU, fabricó un motor de
combustión interna de tres cilindros y doble
expansión que montaron en un automóvil.
MOTOR WANKEL
En la década de 1950, el ingeniero alemán Félix
Wankel completó el desarrollo de un motor de
combustión interna con un diseño
revolucionario, actualmente conocido como Motor
Wankel. Utiliza un rotor triangular-lobular dentro de
una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un
cilindro.
COMO FUNCIONA EL WANKEL?
La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio deaspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la paredde la cámara.
La rotación del rotor comprime la mezcla, que se enciende con unabujía.
Los gases se expulsan a través de un orificio de expulsión con elmovimiento del rotor.
El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras delrotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro.
SISTEMAS DE INYECCIÓN
Los sistemas de inyección se dividen en:
Inyección multipunto y mono punto: Para ahorrar costos a
veces se utilizaba un solo inyector para todos los
cilindros, o sea, mono punto, en vez de uno por cada
cilindro, o multipunto.
Actualmente, y debido a las normas de anticontaminación
existentes en la gran mayoría de los países, la inyección
mono punto ha caído en desuso.
Directa e indirecta. En los motores de gasolina es indirecta
si se pulveriza el combustible en el colector o múltiple de
admisión en vez de dentro de la cámara de combustión, o
sea en el cilindro.
MAPA DE INYECCIÓN
Es una cartografía o varias, según la tecnología
que equipe al vehículo, en las cuales se
encuentran gráficos en tres dimensiones y
determinan los puntos de funcionamiento del motor
El que ejecuta y comprueba y controla todos estos
datos es el calculador de inyección de combustible.
Los actuales calculadores de inyección
electrónicos, para motores tanto Diesel como
gasolina, poseen amplias y variadas cartografías de
funcionamiento para cada etapa del motor.
Existen cartografías especialmente diseñadas para
funcionar en caso de detección de fallo de un elemento
del sistema de inyección.
INNOVACIONES
Transonic Combustion, una
startup con sede en
Camarillo, California, ha
desarrollado un sistema de
inyección de fuel que, según
afirma la compañía, puede
mejorar la eficiencia de los
motores de gasolina en más
de un 50 por ciento.
Un vehículo de prueba
equipado con la tecnología
alcanza 64 millas por
galón en conducción por
autopista, lo que resulta
mucho mejor que los
costosos híbridos
gasolina-eléctricos, como
el Prius, que alcanza 48
millas por galón en la
autopista.
EL SECRETO
La clave consiste en calentar y presurizar la
gasolina antes de inyectarla en la cámara de
combustión.
Esto lo coloca en un estado súper crítico que
permite una combustión muy limpia y rápida, lo que
a cambio disminuye la cantidad de combustible
necesario para propulsar el vehículo.
SE ESPERA…
Si funciona como promete, la nueva tecnología
mejoraría la economía de combustible mucho más que
las otras opciones, algunas de las cuales pueden
mejorar la eficiencia en un orden de magnitud del 20
por ciento. Se espera que cueste lo que suele costar los
sistemas de inyección de combustible de alta gama
actualmente en el mercado.
CONCLUSIONES
Se puede observar que es una realidad que los motores
de combustión interna son maquinas viejas que fueron
evolucionando con nuevas mejoras que dieron paso a
motores mas modernos con un mejor funcionamiento y
rendimiento dentro del campo automotriz.
Esto ayuda a generar nuevas tecnologías en el campo
para producir energía mediante recursos renovables y no
contaminantes para el medio ambiente.
La combustión es un proceso de oxidación rápida
de una sustancia, acompañado de un aumento de
calor y frecuentemente de luz.
Los procesos de combustión liberan energía, casi
siempre en forma de calor. La forma más común de
aprovechar esta energía es el motor de combustión
interna
BIBLIOGRAFÍA
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y aplicación. México. CECSA.
Sayin C., Gumus M., Canakc M.(1993) Effect
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Turquia. Elsevier LTD.
Montez, E. (1998) Motores de combustión interna y la
inyección de combustible como nuevo proceso. España.
Tres Torres