Motores de combustion interna

Actualmente, la construcción de motores de combustión para automóviles, lanchas, aeroplanos y trenes, lo mismo que para pequeñas plantas de energía, constituye una de las más grandes industrias en el mundo. En un motor de combustión externa, los productos de la combustión del aire y el combustible, le transfieren calor a un segundo fluido, el cual se convierte en el fluido motriz o elementoproductor del trabajo. En un motor de combustión interna, los productos de la combustión son, directamente, el fluido motriz. Debido a este rasgo simplificador y al alto rendimiento térmico resultante, el motor de combustión es una de las unidades generadores de trabajo más ligeras (en peso) que se conocen y, por lo mismo, su mayor campo de aplicación es, en la transportación. El motor de cuatrocarreras encendido por chispa(ECH).

La mayoría de los motores de combustión interna, utilizan el principio del émbolo reciprocante, según el cual, un émbolo se desliza dentro de un cilindro hacia atrás y hacia delante y transmite fuerza a la flecha motriz, por lo general, mediante un simple mecanismo de biela y manivela. En 1862, Beau de Rochas propuso la secuencia de funcionamiento para el motor deémbolo reciprocante, que aún hoy en día es típica de la generalidad de los motores encendidos por chispa (abreviados ECH) y que es: •

Una carrera de admisión para inducir una mezcla combustible hacia el interior del cilindro del motor, Figura 1−1 (válvula de admisión abierta). • Una carrera de compresión, para elevar la temperatura de la mezcla Figura 1−2 (ambas válvulas cerradas).

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•Al final de la carrera de compresión, ocurre la chispa y el incendio consecuente de la mezcla homogénea, liberando energía que aumenta la temperatura y la presión de los gases; enseguida desciende el émbolo en la carrera de expansión o de potencia, Figura 1−3 (ambas válvulas cerradas). • Una carrera de escape, para barrer al cilindro, dejándolo libre de los gases quemados, Figura 1−4 (válvula deescape abierta). En 1876, Otto, un ingeniero alemán, aprovechando el principio de Beau de Rochas, construyó un motor con ciclo de trabajo de cuatro carreras que resultó muy afortunado, habiéndose conocido el cielo de sucesos, como cielo Otto. Al tratar sobre el motor de émbolo reciprocante, se emplean frecuentemente los términos: desplazamiento, volumen de compresión y relación de compresión o deexpansión, El desplazamiento (D), es el volumen (en cm3) (pig3) barrido por el émbolo en una carrera (n veces este valor para un motor con n cilindros); el volumen de compresión (c), es el volumen de los gases comprimidos y es también el volumen de la cámara de combustión; la relación de compresión o de expansión (rv) es igual a: rv = c + D/c En todos los motores de émbolo reciprocante, éste lleganecesariamente a una completa inmovilidad, en dos posiciones particulares del cigüeñal antes de invertir la dirección de su movimiento. En la Figura 1−4, el émbolo ha pasado precisamente del límite inferior de su carrera; a esta posición se le llama punto muerto inferior (abreviado PMI). Existe una posición "muerta semejante, o etapa sin movimiento del émbolo, en el instante en que éste llega alpunto muerto superior (abreviado PMS). Debido a esta posición "muerta", la combustión de la mezcla en el motor Otto ocurre prácticamente a volumen constante. En vista de que la carrera de potencia sólo existe en una parte del tiempo total del cielo, se emplea un volante para hacer uniformes dichos impulsos, obteniendo así, esencialmente, una rotación uniforme del cigüeñal 2

Control de lavelocidad y de la carga en los motores ECH

Como una chispa puede encender solamente a una mezcla combustible, si se desea que la llama se propague a través de ella, deberán estar presentes en toda la cámara de combustión, las cantidades de aire y combustible en una proporción razonablemente definida (y homogénea) (aproximadamente ente 15 partes de aire por una de combustible, en peso). Un...