Optimización del Rendimiento del Motor: Técnicas de Sobrealimentación

Conceptos de Barrido y Sobrealimentación

En los motores de dos tiempos se necesita aire a una presión ligeramente superior a la atmosférica. Este aire y presión se conocen como aire y presión de barrido.

El combustible a quemar es proporcional al aire disponible. Si se dispone de aire a mayor presión, la potencia por cilindro aumentará con la cantidad de combustible que pueda quemarse de forma completa y perfecta. Disponer de este aire o no es lo que distingue a un motor sobrealimentado de uno sin sobrealimentar.

Desde el punto de vista constructivo, existen motores sin cruceta y motores con cruceta.

Sobrealimentación

La expresión de la potencia de un motor Otto se puede aplicar a un motor sobrealimentado, sustituyendo los valores de la presión atmosférica por la presión de sobrealimentación. Al disponer de mayor cantidad en peso de aire fresco, se puede quemar mayor cantidad de combustible en el cilindro con un valor normal de coeficiente de exceso de aire, realizándose la combustión de forma similar a la de un motor normal, sin picos de presión indeseables.

El aumento de la potencia del motor obtenido elevando la presión del aire de admisión se llama sobrealimentación.

Sobrealimentación en Motores de Cuatro Tiempos

Con la sobrealimentación se consigue introducir en los cilindros más aire que en la alimentación natural, lo que permite quemar más combustible, aumentando así la presión media efectiva, el par motor y la potencia.

Otra mejora es el barrido de los gases quemados. Ofrece una doble ventaja: vaciar los gases residuales de la cámara de combustión deja disponible un mayor volumen para la carga fresca; el solape permite evacuar parte del aire fresco por el escape, mezclándolo con los gases de escape y rebajando su temperatura, lo que contribuye a la refrigeración de la cabeza del pistón, las paredes de la cámara de combustión y las válvulas de escape.

Sistemas de Sobrealimentación

Existen varios métodos para comprimir el aire de admisión: compresor accionado por el motor, turbocompresor accionado por la energía de los gases de escape, y sobrealimentación por inercia.

En un motor de cuatro tiempos sobrealimentado por un compresor (acoplado al motor a través de un tren de engranajes), el aire comprimido pasa por el enfriador y entra en el motor cuando la válvula de admisión está abierta. Los gases de escape salen por el conducto de escape.

Otro método utiliza un motor de cuatro tiempos sobrealimentado con aire suministrado por un compresor centrífugo movido por una turbina de flujo axial, impulsada por los gases de escape del motor. El aire comprimido pasa por el enfriador y el colector de aire de sobrealimentación, desde donde se alimenta a cada cilindro.

Un tercer método, la sobrealimentación por inercia, aumenta la presión del aire al final de la carrera de admisión, incrementando la energía cinética de la columna de aire de admisión gracias a las fluctuaciones de la presión del aire dentro de la tubería de admisión del motor.

Inyector o Válvula de Inyección

Las válvulas de inyección de los motores diésel de inyección mecánica constan de una válvula de aguja que se cierra accionada por la tensión de un resorte y se abre cuando la presión del combustible, procedente de la bomba de inyección, vence la tensión del resorte. El combustible entra pulverizado en la cámara de combustión a través de los orificios. La válvula de aguja vuelve a cerrar por la fuerza del resorte cuando la presión del combustible baja.

Se requiere que el chorro de combustible penetre una longitud suficiente para que las gotas se fraccionen hasta alcanzar un tamaño específico, limitado por la dimensión de la cámara de combustión. Los orificios de salida deben tener las dimensiones precisas para obtener una velocidad óptima y estarán dispuestos para facilitar la distribución uniforme del combustible.

Bomba de Inyección de Combustible

La bomba de inyección dosifica el combustible para desarrollar la potencia requerida y lo introduce en el cilindro a la presión necesaria para la correcta atomización, siguiendo la ley de caudal-tiempo para una combustión perfecta. En motores pequeños y algunos medianos existen bombas individuales en bloques, mientras que en los medianos y grandes cada bomba va montada junto al cilindro que alimenta.