PROCESO DE ADMISIÓN EN UN MOTOR Diferencias en motores diésel y gasolina Hay diferencias en los motores de encendido provocado (gasolina) y los motores de encendido por compresión (diésel). En los motores de gasolina, durante el proceso de admisión, entra combustible al cilindro además de aire, manteniendo en general la misma proporción de combustible y aire en todo el habitáculo (mezcla homogénea), salvo en motores que utilicen mezcla estratificada de los que hablaremos en otra ocasión. La adición de una chispa exterior será la que inicie la combustión. Sin embargo en los motores diésel, durante la admisión, solo entra aire al cilindro, alcanzando éste una temperatura y presión elevadas, de tal manera que al meter el combustible, este entrará en combustión por autoinflamación, sin necesidad de aplicar una chispa externa. En estos motores diésel, no se produce por tanto la misma proporción de combustible y aire en todo el cilindro, como si sucede en los motores de gasolina. Importancia de la admisión de aire En los dos tipos de motores, meter más cantidad de aire al cilindro implica mayor trabajo obtenido. Por tanto el par motor y la potencia serán mayores si conseguimos meter más cantidad de aire. Se define por tanto el rendimiento volumétrico, que será la capacidad que tiene el motor de aspirar aire en el proceso de admisión. Factores que afectan al rendimiento volumétrico: Presión en la admisión
En los primeros instantes de la admisión, cuando abro la válvula, es importante tener más presión en el conducto de admisión que en el interior del cilindro, de tal manera que entre aire directamente al abrir la válvula, aumentando el rendimiento volumétrico. Si la presión fuese mayor dentro del cilindro que en el conducto de admisión, me saldría aire hacia fuera, reduciendo el rendimiento volumétrico. Esta presión más elevada en la admisión justifica que tengamos un avance en la apertura de la admisión (AAA), ya que podemos meter aire en el cilindro aunque el pistón no esté en el PMS y dispuesto a bajar. Pérdida de carga en los conductos Empezaremos hablando de la válvula de mariposa que llevan los motores de encendido provocado, con la que estrangulamos el paso de aire cuando estamos a carga parcial, para conseguir mantener la relación
entre la masa de combustible y de aire que comentábamos antes en este tipo de motores (a carga parcial inyecto poca cantidad de combustible, y por tanto estrangulando el paso de aire consigo que entre menos aire). Esta válvula de mariposa a carga parcial, genera pérdidas de aire en el conducto de admisión, debido a la fricción que se produce.
Otra importante pérdida de carga en conductos, será la producida en el filtro de aire. Este filtro impide el paso de suciedad al interior del motor, sin embargo se irá taponando con el paso del tiempo. Si el filtro se encuentra muy taponado, tendremos una importante pérdida de carga de aire a la entrada de la admisión, que será más apreciable a revoluciones elevadas. Esto produce una pérdida de potencia en el motor si el filtro está taponado (no implica un aumento del consumo del automóvil, si tenemos inyección electrónica como la que llevan todos los coches a partir de los años 90). Efecto de las válvulas de admisión
Otro factor que afecte al rendimiento volumétrico será el levantamiento de las válvulas (el concepto levantamiento es histórico ya que en motores antiguos las válvulas se abrían hacia arriba, desde hace bastante tiempo se abren hacia abajo). Si aumentamos el levantamiento aumentamos por tanto la capacidad de llenado, hasta un cierto valor a partir del cual no gano prácticamente nada por seguir levantando. Ganamos capacidad de llenado si aumentamos lógicamente el diámetro de la válvula, por tanto lo normal en los motores actuales es meter dos válvulas de admisión por cilindro. Retraso en el cierre de admisión
Debido a la inercia de los gases de admisión, cuando el pistón llega al PMI, podemos seguir metiendo aire al cilindro aunque el pistón esté ya subiendo. El retraso en el cierre de la admisión debe producirse cuando la presión en la cámara sea igual a la presión de admisión y no seamos capaces ya de meter más aire. Por tanto se justifica de esta manera realizar un retraso en el cierre de la admisión. Cuando subo el número de rpm del motor podríamos aumentar este retraso del cierre de admisión que estará diseñado para el valor de uso común del motor. Si las rpm de este motor son menores que el valor para el que hemos diseñado el motor, tendremos un reflujo hacia el conducto de admisión, que volverá a entrar en el siguiente ciclo. Se utilizan sistemas de distribución variables, que varían el posicionamiento angular de los árboles de levas para ajustar el funcionamiento de las válvulas a las condiciones de funcionamiento. Efecto de la transferencia de calor La alta temperatura que alcanzan diversas zonas del motor, hacen que se transfiera calor de ellas al cilindro, reduciendo la densidad del aire, y reduciendo por tanto el rendimiento volumétrico. Por lo tanto este efecto de subida de temperatura será negativo. Efecto de la sincronización y sintonización Como sucedía con el escape, la apertura rápida de la válvula, hace que una onda de succión vaya en sentido contrario a la dirección del cilindro, reflejándose como onda de presión a su vuelta en la admisión, consiguiendo que entre más aire (sintonización). Estas ondas ganan en velocidad al subir las rpm, por lo tanto en altas revoluciones me interesará un conducto de admisión largo, y en bajas revoluciones un conducto más corto. Se justifica de esta manera la aplicación de conductos de admisión de longitud variable que hay en muchos motores. Cuando aprovechamos las ondas producidas en unos cilindros para facilitar el llenado de aire en otros cilindros, utilizando conductos que los comunican, estamos sincronizando el motor, técnica muy utilizada hoy en día.
Efecto del combustible Por último nos quedaría hablar de los efectos del combustible sobre el rendimiento volumétrico. Al evaporarse el combustible en el cilindro, el calor latente de vaporización hace que baje la temperatura en la cámara. Al contrario que sucedía con la subida de temperatura, al reducirla estamos subiendo la densidad del aire y su masa, por lo que subimos el rendimiento volumétrico.
Hay que tener cuidado en los motores que utilizan combustibles como el metanol, que bajan la temperatura en la cámara 182 grados centígrados al evaporarse, ya que pueden congelar el conducto de admisión (la gasolina baja aproximadamente 20 grados centígrados la temperatura en el cilindro). También nos interesa que el combustible sea de la mayor densidad posible, para que ocupe poco en el cilindro y dejar espacio para el aire (densidad de la gasolina 0,73 y del diésel 0,83 kg/l aproximadamente).
