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El motor de explosión de gasolina puede funcionar con dos o cuatro tiempos.

El de dos tiempos se ha desestimado en el automóvil por su excesiva contaminación.

Antes de explicar el motor de ciclo Atkinson de cinco tiempos se propone un repaso del ciclo Otto de cuatro tiempos en una animación, con la imagen de partida de un Toyota Aygo.

Ciclo Atkinson de 5 tiempos del motor de gasolina (1/3)

Ciclo Otto de cuatro tiempos (teórico)

1. Admisión

  • Con la válvula de admisión abierta el pistón desciende desde el Punto Muerto Superior aspirando hacia el interior del cilindro la mezcla de aire – gasolina, pues es un motor de inyección indirecta
  • Con aperturas intermedias de la mariposa de gases (acelerador) se obstruye parcialmente el paso de admisión, lo que implica una resistencia al descenso del pistón

2. Compresión

  • Al llegar el pistón a su Punto Muerto Inferior se cierra la válvula de admisión y comienza el pistón a subir comprimiendo la mezcla aire – gasolina
  • La presión creciente de la mezcla induce una resistencia al ascenso del pistón

3. Explosión

  • Cuando el pistón llega PMS salta la chispa en la bujía iniciando la explosión que genera la fuerza (par motor) que hace descender el pistón

4. Escape

  • Cuando llega el pistón al punto al PMI se abre la válvula de escape y el ascenso que sigue del pistón expulsa los gases quemados por el sistema de escape
  • En este punto se cierra la válvula de escape abre la de admisión y comienza un nuevo ciclo

La relación entre el volumen sobre el pistón cuando está en el PMI y el PMS es la relación de compresión.

Se ha explicado el ciclo teórico sin tener en cuenta las inercias de los gases y tiempo de explosión desde la chispa.

En otro momento se explicará el funcionamiento real con el diagrama de distribución y avances de encendido (momento de chispa).

Como observación para lo que se explica a continuación, se han resaltado dos momentos en que el pistón encuentra resistencias adicionales; en admisión con aperturas parciales de la mariposa de gases y al comprimir la mezcla.

El ciclo Atkinson de cinco tiempos reduce estos efectos de resistencia como se ve seguidamente.

Ciclo Atkinson de 5 tiempos

La imagen animada comienza con la silueta de un Toyota Prius, que monta un motor de cuatro cilindros en línea de 1.8 litros con ciclo Atkinson y distribución de fase variable (vvti).

Ciclo Atkinson de 5 tiempos del motor de gasolina (2/3)

1. Admisión

  • Con la válvula de admisión abierta el pistón desciende desde el PMS aspirando hacia el interior del cilindro la mezcla de aire – gasolina, con la mariposa de gases más abierta lo que reduce la resistencia al descenso del pistón

2. Reflujo de admisión

  • Al llegar el pistón a su PMI se mantiene abierta la válvula de admisión y comienza el pistón a subir expulsando hacia el colector de admisión parte de la mezcla admitida, reduciendo resistencia al ascenso del pistón

3. Compresión

  • En cierto  momento de la carrera de ascenso del pistón se cierra la válvula de admisión comenzando la compresión de la mezcla

4. Explosión

  • Cuando el pistón llega PMS salta la chispa en la bujía iniciando la explosión que genera la fuerza que hace descender el pistón

5. Escape

  • Cuando llega el pistón al punto al PMI se abre la válvula de escape y el ascenso de pistón expulsa los gases quemados por el sistema de escape
  • En este punto se cierra la válvula de escape abre la de admisión y comienza un nuevo ciclo

El momento en que las válvulas de admisión cierran según el recorrido ascendente del pistón es determinado por la distribución de fase variable (vvti) en función de las condiciones de marcha y RPM.

La relación de compresión es más alta que en un motor de cuatro tiempos, pues parte de la masa de admisión refluye hacia el exterior del cilindro.

A continuación vamos a  repetir los tres primeros tiempos en la animación que sigue tomando como base la imagen del motor de ciclo Atkinson del Toyota Prius.

Ciclo Atkinson de 5 tiempos del motor de gasolina (3/3)

En admisión y compresión se reducen las resistencias al desplazamiento de los pistones, lo que mejora el rendimiento en un margen de RPM que determina el fabricante con la variación angular de fase de la distribución variable (vvti).

Este ciclo de funcionamiento es muy adecuado para automóviles como el Prius con tecnología híbrida (motor térmico y eléctrico), pues tanto el motor de gasolina como el eléctrico pueden mover independientemente o en conjunto el coche (híbrido paralelo).

La colaboración de los dos motores permite que la mayor parte de las veces que funciona el motor de gasolina lo haga en el margen óptimo para el ciclo Atkinson.

Al solicitar máximas prestaciones se nota que el motor trabaja a más RPM, en zonas de menor rendimiento del ciclo Atkinson.

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Esta entrada tiene 3 comentarios

  1. Alejandro Narvaez Meneses

    bnas tardes estudio mecánica y hago un trabajo sobre este motor alguien me puede ayudar con las temperas de funcionamiento en cada ciclo o en cada tiempo lo necesito de suma urgencia en ningún sitio agradecería su respuesta seria de gran ayuda

  2. Rodrigo Jorquera V.

    Adicionalmente, quisiera comentar que también se señala por parte de algunas marcas, que aumenta la eficiencia, pero ¿A qué eficiencia se refieren?, eficiencia de combustible, eficiencia mecánica, térmica no podría ser porque se reduce… Lo que si ocurre, es que aumenta la relación geométrica entre las carreras de expansión y compresión, es decir, angularmente la carrera de compresión dura menos que la carrera de expansión, por lo que algunas marcas indican que eso permite aumentar la «eficiencia», dado que no hay sobrepresión al término de la carrera de expansión, dado que toda la presión se transformó en movimiento, y por lo tanto, la presión al interior del cilindro es cercana a la atmosférica, en cambio en el ciclo Otto, hay una sobre presión al término de expansión, lo que sería negativo. Pero tratando de entender me pregunto, «las masas de un fluido, como lo son los gases combustionados, se desplazan por gradientes de presión, desde ese punto de vista, el que exista algo de presión al interior del cilindro, no influiría negativamente en el desplazamiento ascendente del pistón en carrera de escape, tal si afectaría desde el punto de vista de oponerse al ingreso de mezcla fresca al interior del cilindro… que opinan, me parece bastante interesante que se compartan éste tipo de informaciones y que se puedan compartir diferentes puntos de vista. Gracias

  3. Rodrigo Jorquera V.

    Tengo algunas dudas respecto al funcionamiento del motor de combustión interna ciclo Atkinson, por ejemplo, acá se señala que la relación de compresión aumenta, en ese sentido me parece que lo que ocurre es el fenómeno contrario, dado que al existir un reflujo, la cilindrada unitaria real disminuye y como la relación de compresión se define como la suma de la cilindrada unitaria y el volumen de la cámara de combustión dividido por el volumen de la cámara, la relación de compresión se reduce.
    A su vez, al existir reflujo, efectivamente, el trabajo que debe realizar el pistón en comprimir un menor volumen de mezcla es menor, sin embargo, como se reduce la relación de compresión, también disminuye la temperatura y presión al término de la carrera de compresión o inicio de la fase de combustión (ley de Poisson), a su vez, el rendimiento térmico del motor también se ve reducido, puesto que el rendimiento o eficiencia térmica, depende de la temperatura con la que el aire ingresa a los cilindros y de la temperatura al término de la carrera de compresión, y como ésta última disminuye,la eficiencia también lo hace (el rendimiento también se puede señalar que se reduce, porque disminuye la relación de compresión, Rendimiento térmico =1 -1/rc elevado gamma -1). Retomando el punto del trabajo, el que realiza el pistón en comprimir la mezcla se reduce, no obstante, como disminuye la temperatura al término de compresión, también disminuye la temperatura del frente de llama, dado que ésta no solo depende del calor aportado sino que también de la temperatura al término de compresión (TC=TB+QC/ncv), en otras palabras, si consideramos que tanto el trabajo realizado en carrera de compresión (WAB=ncv(TB-TA), como el trabajo en carrera de expansión (WCD)=ncv(TD-TC), dependen de las temperaturas, entonces, el trabajo neto o útil generado por el motor, también disminuye… en fin, sería interesante tener otras posiciones al respecto. Gracias

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