El proceso de combustión

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La cámara de combustión muestra el proceso y la ubicación de las 4 válvulas con la bujía en el centro, además del detalle del flujo de aire en el conducto de admisión.

Nos hemos ocupado oportunamente del proceso de combustión de los motores de ciclo Diesel o gasoleros, y también del mismo proceso de los motores de ciclo Otto o de nafta/gasolina. En esta nota, queremos dedicarnos una vez más al modo en que se realiza la mezcla “aire/nafta-gasolina”, y a la transformación de energía que se concreta en el interior de la cámara de combustión.

Con la inyección indire cta de nafta/gasolina se buscaba lograr una mezcla “estequiométrica”, es decir químicamente perfecta. Con el lanzamiento técnico de la inyección directa –dentro de la cámara– se desarrollan los sistemas de mezcla pobre, con “cargas estratificadas”, es decir con mezclas en capas o en estratos. De acuerdo al proceso elegido, se forman las corrientes de flujo de aire.

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Esquema del sistema estratificado de inyección directa de nafta y detalle de la pulverización del combustible desde el electroinyector sobre la cabeza del pistón de diseño especial - Mitsubishi.

Para lograr la estratificación adecuada de la carga, el electroinyector inyecta la nafta/gasolina en el flujo o corriente de aire, de tal forma que se evapora en un sector limitado. La corriente de aire transporta la nube de mezcla a una zona alrededor de la bujía: cuando salta la chispa comienza la combustión. Cabe puntualizar que pueden darse dos procesos de combustión diferentes:
• Proceso de combustión guiado por el “chorro”
• Proceso de combustión guiado por la forma de la pared

En el proceso por el “chorro”, la nafta/gasolina se inyecta en el entorno de la bujía de encendido. Para esto, es necesaria una exacta ubicación de la bujía y del inyector, y de una orientación precisa del chorro, para encender la mezcla en el momento justo.

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Diferentes procesos de combustión, en función del flujo de aire: a) Proceso guiado por el “chorro” de inyección. b) Corriente “swirl” guiada por el diseño del pistón (torbellino). c) Corriente “tumble” guiada por la cabeza del pistón (tumbo).

En el proceso por la forma de la pared, existen dos corrientes de aire posible. El inyector envía la nafta en la corriente de aire. La mezcla de aire/nafta que se produce llega pulverizada a la bujía de encendido. El aire de admisión, aspirado por el pistón del motor a través de la válvula abierta, genera un movimiento turbulento dentro del cilindro (por sus paredes). Este proceso de combustión se denomina también “swirl” que significa torbellino. En el proceso denominado “tumble”, que significa tumbo (volteo), se produce una corriente de aire circular que, viniendo de arriba por el conducto de admisión, es desviada por una cavidad del diseño de la cabeza del pistón, desplazándose nuevamente hacia arriba, hacia la bujía de encendido. En cuanto a la formación de la mezcla aire/nafta, la misma deberá ser lo más homogénea posible. En el funcionamiento con carga estratificada –por el contrario– la mezcla esa homogénea solo en una zona limitada, y en el resto de la cámara hay solo aire o gas inerte. En la vaporización influyen distintos factores: La temperatura de la cámara de combustión El tamaño de las gotas de nafta/gasolina El tiempo disponible para la vaporización Una mezcla es inflamable en función de la temperatura, la presión y la geometría de la cámara de combustión. Con bajas temperaturas, la nafta no se vaporiza por completo, y hay que inyectar más combustible. Para funcionar con carga estratificada, es necesario que la mezcla inflamable, en el momento del encendido, esté en la zona de la bujía. Para lograr esto, la nafta es inyectada en la carrera de compresión. El punto o momento de inyección va a depender del régimen de velocidad y del par motor necesario. Con respecto a la profundidad de penetración, el tamaño de las pequeñas gotas de nafta/gasolina inyectadas depende la presión de inyección y de la presión existente en la cámara de combustión. Con una presión de inyección en aumento, se pueden lograr gotas más pequeñas (vaporización rápida), y con una presión constante en la cámara (con ambas presiones), aumenta la profundidad de penetración, es decir, el recorrido de cada pequeña gota hasta que se vaporiza totalmente.

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Detalle de la cámara de combustión, del estudiado diseño de la cabeza del pistón, y de la posición del electroinyector de inyección directa de nafta/gasolina - Alfa Romeo.

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