Tecnología y Funcionamiento del Sistema de Escape en Motores de Cuatro Tiempos

Sistema de Escape en Motores de Cuatro Tiempos: Funcionamiento y Componentes

El sistema de escape está encargado de conducir los gases residuales del motor desde el colector de escape hasta el exterior a través del tubo de escape.

Funciones Esenciales del Sistema de Escape

Si los gases se expulsaran directamente a la salida del motor, habría un ruido muy elevado. La misión principal del tubo de escape es reducir el nivel de ruido a través del silenciador. Además, si los gases no se expulsaran en un lugar lejano al vano motor, podrían entrar en el habitáculo. Debido a la alta temperatura a la que salen, es necesario un sistema que la reduzca antes de su salida.

Las funciones básicas del sistema son:

• Expulsar al exterior los gases.
• Reducir el nivel de ruido.
• Impedir la introducción de gases en el habitáculo.
• Reducir la temperatura de los gases.
• Tratar los gases de escape (reducción de emisiones contaminantes).

Componentes Clave del Sistema

1. Colector de Escape

El Colector de escape tiene un aspecto parecido al colector de admisión. Sus materiales suelen ser fundición de hierro y acero inoxidable. Se atornilla a la culata interponiendo una junta.

Mientras que el colector de admisión debe facilitar la entrada de gases frescos, el de escape debe facilitar la evacuación de gases quemados. El objetivo es aprovechar los efectos resonantes para ayudar a que los gases entren en el cilindro o se expulsen.

2. Línea de Escape, Catalizador y Silenciadores

El inicio de la línea de escape se une al colector de escape interponiendo una junta. Una parte del tubo es flexible para absorber el movimiento del motor. La línea de escape está suspendida de la carrocería a través de soportes elásticos de caucho.

Si el vehículo tiene catalizador (cuya función es reducir las emisiones contaminantes), es imprescindible que la sonda lambda alcance rápidamente la temperatura de funcionamiento. Por ello, la sonda se instala próxima a la salida del motor.

El catalizador se une a la línea de escape interponiendo juntas. En modelos sin catalizador, este se sustituye por un silenciador o presilenciador.

Se utilizan protectores térmicos para evitar incendios debido a las altas temperaturas.

Mecanismos de Reducción de Ruido

Los silenciadores utilizan recorridos sinuosos y tubos perforados interiores, lo que provoca que el gas pierda energía. Existen tres formas principales de reducir el ruido:

1. Absorción: Con materiales de insonorización, la energía acústica se convierte en calor por fricción.
2. Reflexión: Se busca neutralizar la onda sonora por reflexión de la misma onda con fase contraria.
3. Interferencia: La energía de la onda sonora se va reduciendo por las colisiones que se producen.

Gestión de Ruido Activa (Chapaletas)

Algunos motores llevan chapaletas en la salida de los silenciadores secundarios. Cuando el motor funciona a escaso régimen de giro, se consigue eliminar ruidos a baja frecuencia. Cuando el régimen aumenta, las chapaletas abren su sección adicional y se elimina mucho ruido.

Las chapaletas permanecen cerradas al ralentí y a pocas revoluciones o carga. Su gestión es controlada por la Unidad de Control (UC) del motor, activando o no las electroválvulas.

Fórmulas Físicas y de Rendimiento del Motor

A continuación, se presentan diversas fórmulas relacionadas con el rendimiento volumétrico y la física electromagnética:

Rendimiento Volumétrico

Rendimiento Volumétrico = (Masa de aire real admitida) / (Cilindrada del motor × Velocidad de giro × Número de ciclos × Densidad de la masa de mezcla o aire fresco)

Física Electromagnética

Intensidad de Campo Magnético (H)

H = Permeabilidad magnética (μ) × (Número de espiras de la bobina (N) × Intensidad (I)) / Longitud (L)

Flujo Magnético (Φ)

Φ = Intensidad de campo magnético en Teslas (B) × Sección del núcleo de la bobina (A)

Fuerza Electromotriz (FEM) Inducida

FEM inducida = (Flujo magnético en Weber (Φ) × Número de espiras (N)) / Tiempo (t)