Algunos conceptos sobre motores nafteros


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Motor de 5 cilindros en línea TFSI con inyección directa de nafta/gasolina, turbo-intercooler.

Desde la primera aplicación del motor de ciclo Otto o de nafta/gasolina, también denominado a explosión, sobre un automóvil, hasta la fecha, muchas cosas han cambiado hablando técnicamente. Actualmente, los motores nafteros o de ciclo Otto son diseñados, construidos y ensayados entre varias empresas –BMW y Grupo PSA, por ejemplo–, ya que los costos de investigación y desarrollo son muy elevados. El proyecto y el diseño de un propulsor se realizan en centros de estudio y desarrollo que cuentan con todos los medios existentes con respecto a megacomputadoras y sus programas específicos.

A todo esto deben sumársele los laboratorios de ensayos y los avances de la informática, especialmente el advenimiento de las computadoras que cada día tienen mayor capacidad y son cada vez menos costosas. Todo esto ha dado paso al desarrollo del cálculo: para poder determinar esfuerzos producidos en los componentes, flujos y caudales de mezcla, rendimientos volumétricos, circulación de gases de escape, presiones de sobrealimentación y estudios de reducción de consumo y contaminación. Otro aporte vital es efectuado por la electrónica, que permite al motor actual resistir mayores exigencias y lograr óptimas condiciones de trabajo en todos los estados de carga. El logro de una perfecta preparación de la mezcla aire/nafta-gasolina y el potente y preciso salto de la chispa de encendido dependen de sistemas de control electrónico que, para ser construidos, requieren disponer de componentes suficientes. El motor de ciclo Otto, sin embargo, no llegó a la cima de su desarrollo todavía, y en la actualidad nos encontramos con motores armados a través de la robótica, con los siguientes adelantos:

• Sistema de admisión variable
• Distribución de geometría variable
• Inyección de nafta/gasolina directa de alta presión (FSI)
• Encendido electrónico integrado (bobina/bujía)
• Formación de la mezcla (carga homogénea y estratificada)
• Sobrealimentación combinada (turbo más compresor volumétrico)
• Turbo TGV o VNT (geometría variable) control electrónico
• Turbo-intercooler control electrónico
• Sistema anticontaminación circuito cerrado
• Sistema de enfriamiento con control electrónico
• Tecnología “downsizing” (dimensiones, cilindros y cilindrada reducida)
• Inyección de nafta/gasolina directa- indirecta (dos inyectores)

Cabe señalar que, actualmente, se estudian y se desarrollan otros recursos mecánicos y técnicos, como son el sistema de “Relación de Compresión Variable” y el sistema denominado “Motor sin árbol de levas Camless”. Recientemente, se estuvo trabajando sobre el “Comando variable de las válvulas” (como el Audi, y el Multiair/Fiat, por ejemplo), sobre la “cilindrada variable”, en donde se eliminan ciertos cilindros, y el sistema denominado “Start and Stop”, para el ahorro de combustible. Sin duda que el motor de nafta/gasolina se ha perfeccionado en muchos aspectos, de modo tal que podremos contar con propulsores construidos “al estado del arte”. Existe la expectativa a nivel mundial de que los motores nafteros de la generación venidera sean más potentes y que tengan un óptimo comportamiento en una amplia gama de condiciones. Los sistemas de admisión y de distribución variables y el corte de algunos cilindros (que ya se aplica en la fabricación en serie), van a posibilitar que los motores sean más económicos y más ecológicos. Una de las dificultades que deben superar los motores a nafta/gasolina –a nivel internacional– es cumplir o respetar las Normas Anticontaminación que son en extremo exigentes, y lo serán más en el futuro. En la actualidad, con respecto al consumo de combustible, se cree que es la circulación, el tránsito, el que provoca el problema, ya que los vehículos en estas condiciones se desplazan funcionando con cargas parciales. Cuando el motor no gira a su óptimo régimen, el rendimiento disminuye, y las pérdidas que provienen de los cambios de estado de carga, o de los regímenes no aptos, son importantes. En cuanto a la construcción del motor, consideramos al block cilindro como su base, el mismo es cerrado en su parte superior por la tapa de cilindros, también llamada culata. En su interior están contenidos el cigüeñal, las bielas y los pistones, y en su parte inferior se cierra por el cárter de aceite. Anteriormente, el material de construcción del block era la fundición pero, actualmente, se utiliza generalmente la aleación de aluminio (por ejemplo, aluminio-magnesio). Los cilindros o las camisas de cilindro pueden ser mecanizados en forma directa en el block de fundición, o ser montados en su interior en el de aluminio. Las camisas se montan en seco o en contacto directo con el material del block, o son de tipo húmedas, ya que las mismas tienen un contacto directo con el líquido del sistema de enfriamiento.

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Detalle del turbo conectado al conducto de escape - Audi.

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