El Motor de GasolinaEl motor de gasolina o de ciclo otto es un motor de combustin interna con sistema de encendido externo que convierte la energa contenida en el combustible en energa cintica.

Funcionamiento

Rendimiento de Motor de Gasolina El rendimiento de Motor de Gasolina depende del diseo mecnico del motor y esencialmente, tambin de los siguientes factores:CompresinDesarrollo de la combustinMezcla de aire y combustible

Compresin Cuanto mas elevada sea la compresin tanto mayor ser el rendimiento trmico del motor de combustin y tanto mejor se aprovechara el combustible. La magnitud de la compresin esta limitada por el limite de la detonacin. La detonacin implica una combustin irregular de la mezcla inflamada y provoca sobrecarga y daos en el motor.

CompresinLa compresin del motor tiene una influencia decisiva en:

El par motor generado.La potencia suministrada.El consumo de combustible y lasEmisiones de sustancias contaminantes.

Relacin de compresinDel volumen desalojado por el pistn en su carrera Vh y del volumen de compresin Vc resulta la relacin de compresin E = (Vh + Vc) / Vc.

E = 7..13motor de gasolina.E = 14.24motor diesel.

Desarrollo de la combustin El desarrollo y la calidad de la combustin en el motor de gasolina depende decisivamente de que el combustible y el aire se mezclen ntimamente, con el fin de que en el tiempo de combustin la gasolina se queme del modo mas completo posible.

Mezcla de aire y combustible El consumo especifico de combustible de un motor de gasolina depende esencialmente de la proporcin de la mezcla. El valor (terico) exacto para la combustin completa, denominado tambin proporcin estequiomtrica, se sita en 14,7 : 1

El coeficiente de aire La relacin de aire y combustible (lambda) indica hasta que punto la mezcla de aire y combustible efectivamente existente difiere de la cantidad de aire tericamente necesaria:

= 1 El caudal de aire suministrado corresponde al tericamente necesario. < 1 Falta de aire o mezcla rica, mayor potencia. > 1 Exceso de aire o mezcla pobre, menor consumo de combustible, menor potencia. > 1.3 La mezcla ya no es inflamable, se ha superado el limite de funcionamiento.

El coeficiente de aire

Rendimiento trmico El motor de combustin no convierte toda la energa ligada qumicamente en el combustible en trabajo mecnico. Una parte de la energa invertida se pierde. El rendimiento de un motor es por consiguiente menor del 100 %.

Rendimiento trmico

Medidas para aumentar el rendimiento trmicoEl rendimiento trmico aumenta con la compresin de la mezcla aire y combustible. Al fijar la compresin hay que tener en cuenta la resistencia del combustible a la detonacin.

Perdidas de calorEl calor producido por la combustin calienta las paredes del cilindro. Una parte de la energa trmica es radiada, perdindose. En la inyeccin directa de gasolina la nube de la carga estratificada esta rodeada de una envoltura de gases que no participan en la combustin. Esta envoltura de gases impide la transmisin del calor a las paredes del cilindro y reduce de ese modo las perdidas de calor.

Perdidas con = 1El rendimiento es al fin y al cabo mximo en el margen de = 1 1,3. Al utilizar un catalizador de tres vas, para una depuracin eficaz de los gases de escape es sin embargo absolutamente necesaria una mezcla de = 1.

Medidas para aumentar el rendimiento trmico

Perdidas por cambio de cargaAl efectuarse el cambio de carga, en el primer tiempo de trabajo el motor aspira aire fresco. El caudal terico de gas fresco es regulado por la apertura de la mariposa. En el tubo de admisin se produce un vacio contra el cual trabaja el motor. La inyeccin directa de gasolina reduce esas perdidas por bombeo (perdidas por estrangulacin), ya que la mariposa esta ampliamente abierta tambin en ralent y a rgimen de carga parcial, regulndose el par motor mediante la masa de combustible inyectada.

Perdidas por friccinSe producen perdidas por friccin a causa del rozamiento de todas las piezas movidas por el motor y en los grupos secundarios, p. ej. Por el rozamiento de los aros de pistn en la pared del cilindro, la friccin de los rodamientos, accionamiento del alternador, etc.

Sistemas de Preparacin de la MezclaLos sistemas de preparacin de la mezcla, tanto si son de carburador o de inyeccin, tienen como misin producir una mezcla optima de aire y combustible.La supresin del carburador permite disear ptimamente las vas de admisin, consiguindose as un mejor llenado de los cilindros, lo que a su vez favorece la evolucin del par motor.

Sistemas de Preparacin de la Mezcla

Sistemas de Preparacin de la Mezcla

Distribucin de la mezcla en la cmara de combustinDistribucin homogneaEn los motores de inyeccin en el tubo de admisin, la mezcla de aire y combustible se encuentra distribuida homogneamente en toda la cmara de combustin con el mismo coeficiente de aire .

Carga estratificadaUna nube de mezcla inflamable de = 1 se encuentra en el punto de encendido en la zona de la buja. El resto de la cmara de combustin esta lleno de gas no inflamable sin contenido de combustible o una mezcla de aire y combustible muy pobre.

Distribucin de la mezcla en la cmara de combustin

Encendido de la mezcla e inflamacinLa buja enciende la mezcla de aire y combustible mediante la descarga de una chispa. La inflamacin segura despus del encendido depende de la relacin de aire y combustible y se encuentra dentro del margen de = 0,75 1,3.

Par motor y potenciaLa magnitud fsica par motor M es el producto resultante de multiplicar la fuerza F por el brazo de palanca s: M = F . sEl par motor M mximo alcanzable que puede suministrar el motor esta determinado por su diseo (p. ej. Cilindrada, geometra de la cmara de combustin). La adaptacin del par motor a las exigencias de la marcha normal se efecta en lo esencial regulando la calidad y cantidad de la mezcla de aire y combustible.

La potencia P suministrada por el motor aumenta a medida que se incrementa el par motor M y el numero de revoluciones n. P = 2 .. n . MPar motor y potencia

Consumo especifico de combustibleEl consumo especifico de combustible indica la masa de combustible (en gramos) que necesita un motor de combustin para ejecutar un trabajo determinado (kw. h).

Consumo especifico de combustibleInfluencia del coeficiente de aireDistribucin homognea de la mezclaCon una distribucin homognea de la mezcla, el consumo especifico de combustible disminuye de momento a medida que aumenta el coeficiente de aire .Carga estratificadaLos motores de inyeccin directa de gasolina pueden trabajar en rgimen de carga estratificada con altos coeficientes de aire. Eso y efectos termodinmicos dan lugar a una notable reduccin del consumo especifico de combustible.

Consumo especifico de combustibleInfluencia del ngulo de encendidoDistribucin homognea de la mezclaPara un punto de trabajo determinado existe en cada caso un punto esencial de la combustin optimo, del que es propio un ngulo de encendido definido. Toda desviacin de este Angulo de encendido ocasiona un empeoramiento del consumo especifico de combustible.Carga estratificadaLas posibilidades de variacin del ngulo de encendido en motores de inyeccin directa de gasolina son limitadas al funcionar con carga estratificada. El ngulo de encendido optimo depende esencialmente por tanto del momento de inyeccin.

Combustibles para motores de gasolinaEl portador de energa mas importante del que se pueden obtener combustibles es el petrleo. Se ha originado en el transcurso de millones de aos por la descomposicin de residuos orgnicos de animales y plantas.

El petrleo se compone de muchos hidrocarburos, de los cuales no todos son apropiados sin embargo para la produccin de gasolinas. El petrleo ha de ser tratado convenientemente por eso en refineras. A tal efecto se dispone de dos posibilidades:Mediante destilacin o filtrado, se separan los componentes unos de otros.Mediante la transformacin, de los componentes existentes se originan nuevos hidrocarburos con otras propiedades.

Combustibles para motores de gasolina

Adems de los combustibles minerales obtenidos del petrleo, se utilizan en casos aislados tambin otros combustibles, como p. ej.Alcohol (metanol, etanol)Gas licuado (gas para automviles)Gas natural.Actualmente se encuentran en la fase de ensayo motores de gasolina que se hacen funcionar con hidrogeno.Combustibles para motores de gasolina

Normas para combustiblesDiferentes normas nacionales determinan los requerimientos mnimos de los combustibles para motores de gasolina. La especificacin EN 228 (norma europea) describe la gasolina sin plomo introducida en Europa (euro super). En la edicin alemana DIN EN 228 se describen adems los combustibles sin plomo normal y super plus.En los EE.UU. Se especifican los combustibles para motores de gasolina segn ASTM D4814 (American Society for Testing and Materiales)

Componentes de combustibles para motores de gasolinaLos combustibles para motores de gasolina consisten en hidrocarburos que pueden contener aditivos de componentes orgnicos enriquecidos de oxigeno, as como tambin otros para mejorar sus propiedades.

Gasolina sin plomo (EN 228)El empleo de catalizadores para el tratamiento de los gases de escape presupone el servicio de gasolina sin plomo; puesto que el plomo estropeara el recubrimiento de metal noble ( p. ej. Platino) de los catalizadores, as como las sondas lambda utilizadas para la regulacin de la preparacin de la mezcla, hacindolos inactivos.Los combustibles sin plomo forman una mezcla de alto valor y de alto octanaje.El contenido de plomo esta limitado desde el ao 2000 a un mximo de 5 mg/l.

Gasolina con PlomoDesde el ao 2000 no esta permitido ya en Europa el uso de combustibles con plomo; su venta esta autorizada solo en caso excepcionales para un periodo de transicin. En algunos pases del resto del mundo, sin embrago, hay todava en el comercio combustible con plomo. Su porcentaje retrocede empero constantemente.Los alquilatos de plomo contenidos en esta gasolina (0.15 gr/l) eran necesario antes principalmente para lubricar las vlvulas de escape. Los motores construidos desde los aos 1980 no estn supeditados ya a aditivos de plomo.

Magnitudes caractersticaspotencia calorfica, poder de combustinLa potencia calorfica especifica Hu (antiguamente denominado potencia calorfica interior) y el poder de combustin especifico Ho (antiguamente denominado calor de combustin) son magnitudes que indican el contenido energtico de los combustibles.

DensidadEl margen de densidad admisible para combustibles esta limitado en la EN 228 a 720 775 kg/m3. los combustibles super tienen una densidad mas alta que los normales a causa del mayor contenido de aromticos y en este caso tambin una potencia calorfica algo mayor.

Resistencia a la detonacinEl ndice de octano seala la resistencia a la detonacin de un combustible para motor de gasolina. Cuanto mayor es el ndice de octano, tanto mas resistente es el combustible a la detonacin.Para su determinacin se utilizan internacionalmente dos procedimientos diferentes: el ndice de octano investigado o mtodo research (RON) y el ndice de octano segn el mtodo de motor (MON)

Se llama RON (Research Octane Number) al ndice de octano investigado. Puede considerarse como indicativo para el picado en la aceleracin.Se llama MON (Motor Octane Number) al ndice de octano de motor. Describe principalmente las propiedades respecto al picado a altas velocidades.Los ndices MON son inferiores a los RONResistencia a la detonacin

Incremento de la resistencia a la detonacinLa gasolina normal de destilacin directa, posee una baja resistencia a la detonacin. nicamente mezclando diferentes componentes de refinera resistente al picado se obtiene un combustible de suficiente ndice de octano.Las adiciones de componentes oxigenados (metanol, etanol) actan positivamente sobre el ndice de octano, pero estos alcoholes elevan la volatilidad y pueden crear problemas en los materiales.

VolatilidadPara garantizar un buen funcionamiento, las caractersticas de volatilidad de los combustibles para motores de gasolina han de cumplir altos requerimientos. Por un lado deben contener componentes suficientemente voltiles para garantizar un arranque en frio seguro. Por otro lado no deben ser demasiado voltiles para no provocar problemas a temperaturas altas en los arranques en caliente ni problemas de marcha. Adems para proteger el medio ambiente, las perdidas por evaporacin deben mantenerse a un mnimo.

AditivosLos aditivos determinan, junto con la composicin de los hidrocarburos (componentes de refinera), esencialmente la calidad de los combustibles. En su composicin entran generalmente conjunto de sustancias de diferentes efectos.No debe de realizarse ninguna adicin posterior de aditivos en el deposito del vehculo por parte del usuario.

AditivosProteccin contra el envejecimiento.

Limpieza del sistema de admisin.

Proteccin contra la corrosin.

Combustibles no contaminantes para motores de gasolinaLas autoridades protectoras del medio ambiente y los legisladores imponen condiciones mas severas para combustibles que garanticen bajas emisiones de evaporacin y contaminantes (gasolina ecolgica reformulated gasoline).La inclusin de aditivos para mantener limpio el sistema de admisin es obligatoria para estos combustibles en EE.UU.

Combustibles sustitutivos para motores de gasolinaPara el funcionamiento con combustibles sustitutivos hay que adaptar los vehculos de modo especial.Autogas (GLP)Gas natural (GNC)Alcoholes

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