Inyección

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 y para que sea posible y duradero el uso del catalizador a través de un ajuste óptimo del factor lambda. . El sistema de alimentación de combustible y formación de la mezcla complementa en los motores Otto al sistema de Encendido del motor, que es el que se encarga de desencadenar la combustión de la mezcla aire/combustible.
Este sistema es utilizado, obligatoriamente, en el ciclo del diésel desde siempre, puesto que el combustible tiene que ser inyectado dentro de la cámara en el momento de la combustión (aunque no siempre la cámara está sobre la cabeza del pistón).

Carburador

El carburador es el dispositivo que se encarga de preparar la mezcla de aire-combustible en los motores de gasolina. A fin de que el motor funcione más económicamente y obtenga la mayor potencia de salida, es importante que la gasolina esté mezclada con el aire en las proporciones óptimas. Estas proporciones, denominadas factor lambda, son de 14,7 partes de aire en peso, por cada 1 parte de gasolina; es lo que se llama "mezcla estequiométrica"; pero en ocasiones se necesitan otras dosificaciones, lo que se llama mezcla rica (factor lambda menor de 1) o bien mezcla pobre, es decir factor lambda mayor de 1 en volumen corresponden unos 10.000 litros de aire por cada litro de gasolina.

Cuatro tiempos

El motor se caracteriza por aspirar una mezcla aire-combustible. El motor Otto es un motor alternativo. Esto quiere decir qué se trata de un sistema pistón-cilindro con válvulas de admisión y válvulas de escape. Cada cilindro tiene dos válvulas, la válvula de admisión A y la de escape E. Un mecanismo que se llama árbol de levas las abre y las cierra en los momentos adecuados. El movimiento de vaivén del émbolo se transforma en otro de rotación por una biela y una manivela.
El funcionamiento se explica con cuatro fases que se llaman tiempos:
1. Admisión: El pistón baja y hace entrar la mezcla de aire y gasolina preparada por el carburador en la cámara de combustión.
2. Compresión: El émbolo comprime la mezcla inflamable. Aumenta la temperatura.
3. Combustión: Una chispa de la bujía inicia la explosión del gas, la presión aumenta y empuja el pistón hacia abajo. Así el gas caliente realiza un trabajo.
4. Escape: El pistón empuja los gases de combustión hacia el tubo de escape.
La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración. La termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en primera aproximación del grado de compresión. En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de compresión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octano. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%.

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Funcionamiento motor de 4 tiempos
Dos tiempos

Con un diseño adecuado puede conseguirse que un motor Otto 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, lo que implica que la potencia que producen es menor que la mitad de la que produce un motor de cuatro tiempos de tamaño similar.
El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo. El diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.


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Funcionamiento motor de 2 tiempos
Cinco tiempos

Hacia 1879 Nicolaus August Otto diseñó y construyó un motor con doble expansión, concepto propuesto por los ingleses Jonathan Hornblower y Artur Woolf en 1781, antes de que Watt llevase a la práctica la máquina de vapor. La primera expansión se hacía en el cilindro donde se realizó la combustión, y una segunda en otro pistón, este a baja presión, con el objetivo de lograr el aprovechamiento de la energía de los gases de escape; incluso se han construido motores con triple expansión, como el Troy, y el principio se usó en muchos motores marinos. En 1906 la empresa de Connecticut EHV fabricó un motor de tres cilindros y doble expansión montado en un automóvil. En España hay dos patentes concedidas de motores con un principio similar, una de 1942 a Francisco Jimeno Cataneo (Nº OEPM 0156621) y otra de 1975 a Carlos Ubierna Laciana (Nº OEPM 0433850). El año 2009, la empresa británica ILMOR presentó en una exposición internacional de motores en Stuttgart, un prototipo de motor de 5 tiempos, según una patente concedida en EEUU a Gerhard Schmitz. Para este motor anunciaron un consumo específico de 215 g/Kwh., una relación de compresión efectiva de 14'5/1 y un peso inferior en 20% a los motores convencionales equivalentes.


Seis tiempos
En primer lugar inventado en 1883, se ha visto un renovado interés en los últimos 20 años más o menos en el motor de seis tiempos. Hay cuatro tipos de seis tiempos de uso regular de un pistón en un cilindro normal (Griffin seis tiempos, Bajulaz seis tiempos, Velozeta seis tiempos y Crower seis golpes ), disparando cada tres revoluciones del cigüeñal. No es eficiente, por lo tanto no hay muchos casos de éxito en éste modelo.





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Funcionamiento motor de 6 tiempos

De carga estratificada

Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculación de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficiente como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos.

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Esquema de funcionamiento de motor de carga estratificada

Wankle

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.
La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cámara. La rotación del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se expulsan a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro.
El motor de Wankel es compacto y ligero en comparación con los motores de pistones, por lo que ganó importancia durante la crisis del petróleo en las décadas de 1970 y 1980. Además, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite una fabricación barata. No requiere mucha refrigeración, y su centro de gravedad bajo aumenta la seguridad en la conducción.

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Esquema funcionamiento motor wankle



Turboalimentado (Diesel y gasolina)
El rendimiento térmico de los motores de combustión interna es muy bajo: solo el 25 por 100. Gran parte de la energía del combustible se pierde por el tubo de escape. El turbocompresor es, en esencia, un compresor impulsado por los gases de escape. El turbocompresor impulsa más combustible del que normalmente llegaría a la cámara de combustión del motor. Tiene una pequeña turbina y los gases de escape pasan por ella y hacen que gire a gran velocidad (suelen ser comunes en muchos modelos velocidades de hasta 100.000rpm). Cuando gira la turbina, también gira el compresor, y las paletas curvadas recogen aire de la lumbrera de admisión. Después el compresor hace girar el aire y lo impulsa a mucha velocidad. El aire entra entonces en un difusor que frena la velocidad del aire. A esta presión superior el aire penetra en el sistema de admisión del motor a través del carburador y llega a la cámara de combustión para seguir el proceso normal del ciclo de cuatro tiempos. Al penetrar más combustible en el motor, éste desarrolla más energía, de forma que el turbocompresor aumenta de modo significativo el rendimiento energético del motor. Los gases de escape son una fuente de energía que normalmente se desperdicia por completo, de manera que el turbocompresor es un añadido muy eficaz que se le hace al motor. Para el uso en carretera, el desarrollo de los turbos se concentro en un principio en los grandes motores Diesel que llevan los camiones pesados. Las existencias reducidas de componentes adecuados retrasaron el desarrollo de motores de gasolina turbocomprimidos para automóviles.

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Primer Porsche turbo