Evolución de la alimentación y del encendido

En este artículo veremos como las innovaciones tecnológicas y sobre todo las normas anticontaminación marcaron la evolución de la alimentación y del encendido.

La explosión en el motor de gasolina se logra haciendo que una mezcla de aire y gasolina en las adecuadas proporciones, dosado, inicie su rápida combustión provocada por la chispa en la bujía.

En realidad, no es una explosión sino una combustión rápida, se identifica en el motor de gasolina como explosión para resaltar que es más rápida que la combustión del motor diésel.

Mezcla aire y gasolina

Para la realización de la mezcla del aire con la gasolina se requiere traer el combustible desde el depósito y aportarlo, de alguna manera, en la masa de aire que entra en los cilindros.

Se denomina alimentación a esta gestión de transporte y aportación de gasolina.

Se puede realizar esquemáticamente por dos métodos; carburación o inyección.

En ambos casos hay diferentes sistemas.

En otros artículos se tratan con detalle la carburación, saber sus limitaciones ayuda a comprender las siguientes soluciones si te interesa saber de verdad tecnología, y la inyección.

De momento, para comprender la evolución de la alimentación se propone una resumida comparación entre carburación e inyección electrónica multipunto.

La chispa

La chispa en la bujía se obtiene provocando un salto de corriente eléctrica de entre 15.000 y 100.000 voltios (alta tensión).

La evolución del encendido consiste en lograr la chispa más potente o adecuada a la mezcla aire – gasolina, dosado, y en el instante más exacto, además de reducir los elementos de desgaste.

A continuación se va a comparar de forma esquemática el encendido clásico con el electrónico estático reduciendo los componentes móviles y de desgate, en otros artículos se irán analizando los pasos intermedios en la evolución.

Al final se indican otros artículos del blog relacionados con este.

Alimentación y encendido en el motor de gasolina

En la siguiente animación se ve un automóvil con encendido clásico y carburación, después se explica el funcionamiento elemental de cada uno de estos dos sistemas.

El orden en que aparecen los diferentes elementos es este:

  • Detalle de los 6 cilindros en línea del motor
  • Distribuidor de encendido (en su interior están el ruptor o “platinos” y el rotor o “pipa” en argot mecánico, en su exterior se aprecia la cápsula del avance por depresión). Es un encendido clásico con elementos móviles y de desgaste
  • Bujías de encendido, hay una por cada cilindro en este motor. Están situadas en el centro de la culata, la cámara de combustión es hemisférica, y la distribución por doble árbol de levas en culata o cabeza DOHC
  • Bobina de encendido para generar la alta tensión que induce la chispa en la bujía
  • Carburación; mediante tres carburadores de doble cuerpo horizontales, uno para cada dos cilindros, con un cuerpo de carburador por cilindro.

Carburación

La dosificación de gasolina se hace en el o los carburadores, por la aspiración del aire de admisión en diferentes puntos del carburador o carburadores según la apertura de la mariposa, mariposas en este caso al ser tres carburadores dobles.

En posición fija del acelerador – mariposa/s se puede lograr una buena dosificación de gasolina, pero en las fases transitorias de aceleración se altera mucho provocando exceso de consumo y gases contaminantes, esta causa será el fin de la aplicación del carburador en el motor del automóvil.

Evolución de la alimentación y del encendido (1/2)

Encendido clásico

Se precisa una bobina para pasar de los 12 voltios de la batería a la alta tensión de chispa.

La señal del momento de chispa se gestiona mediante el ruptor o “platinos”, protegido por un condensador.

En motores de varios cilindros el distribuidor reparte la alta tensión entre las bujías mediante el rotor o “pipa”, la tapa del distribuidor y los cables de alta tensión.

Para adaptar los momentos de chispa a las condiciones de marcha; RPM y carga (llenado) del motor se incorporan los avances, centrífugo (en el interior del distribuidor), y por depresión o vacío (en el exterior, visible en la imagen).

El ruptor, el rotor y los avances tienen funcionamiento mecánico, desajustes y desgastes que merman su rendimiento, además de que su trabajo mecánico tiene muchas limitaciones para la calidad y momento de chispa.

Evolución de la alimentación y encendido electrónico en el motor de gasolina

La animación que sigue representa un automóvil con inyección electrónica indirecta multipunto y encendido estático, se explica después el funcionamiento elemental.

El encendido de este motor tiene la particularidad de contar con dos bujías por cilindro.

  1. Motor de 4 cilindros en línea
  2. Bomba eléctrica de gasolina, en el interior del depósito
  3. Inyectores, inyección electrónica indirecta multipunto secuencial uno por cilindro
  4. Bujías (8); 2 por cilindro
  5. Acumulador de vapor de gasolina; evita que los vapores de gasolina salgan al exterior, los acumula y envía a admisión en aceleraciones
  6. Calculador electrónico de inyección y encendido I + E; gestiona las secuencias de inyección y de chispa
  7. Sonda lambda o de oxígeno; mide la proporción aire – gasolina (dosado) informando al calculador para mantener la mezcla menos contaminante
  8. Catalizador de tres vías o funciones; elimina los tres principales gases contaminantes
  9. Bobinas del encendido estático; multiplican la tensión para lograr la chispa en las bujías, hay una por cada cilindro en grupos de dos con ocho salidas y cables de alta tensión
  10. Filtro de aire
  11. Sensor de detonación o calidad de gasolina (“picado de biela”); detecta defectos de combustión que podría alterar el rendimiento del motor e incluso provocar graves averías
  12. Mariposa de gases 11a y después el caudalímetro de aire 11b; la mariposa accionada por el pedal del acelerador aumenta las RPM al abrirse, con más aportación de gasolina para mantener el dosado. El caudalímetro mide el caudal de aire que entra al motor e informa al calculador
  13. Sensor de temperatura del motor
  14. Sensor de RPM; para determinar las secuencias de inyección y chispa
Evolución de la alimentación y del encendido (2/2)

Inyección indirecta electrónica multipunto secuencial

Cuenta con un inyector para cada cilindro en el colector de admisión (indirecta).

Al ser secuencial inyecta la cantidad exacta y en el momento adecuado para lograr mantener el dosado, relación aire – gasolina, de menor contaminación y consumo y así prolongar la duración del catalizador.

La sonda lambda o de oxígeno situada antes del catalizador tiene la función de mantener lo más limpios posible los gases de escape.

Con la evolución de la alimentación habrá otra sonda lambda tras el catalizador.

El encendido estático

Dispone de una bobina para cada bujía, en este caso son dos grupos de dos bobinas.

La señal de chispa la da el control electrónico en el momento preciso por RPM y carga (llenado).

Se cuenta además con un sensor de combustión (detector de detonación o “picado de biela”) que da información al control electrónico para lograr la mejor combustión con un amplio tipo de gasolina.

Desde cada bobina hay un cable de alta a su bujía.

El encendido directo tiene las bobinas directamente sobre cada bujía prescindiendo de los cables de alta.

Adiós al encendido clásico y al carburador

La carburación y el encendido clásico no podían mantener el dosado, relación entre el aire y la gasolina menos contaminante, y la calidad de chispa adecuada por lo que el catalizador duraría muy poco.

Esta es la razón de ser sustituidos por sistemas más evolucionados.

Antes de la legislación anticontaminante ya existían el encendido electrónico y la inyección, de diferentes tipos, con objetivos de mejorar el rendimiento y consumo más que la contaminación.

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Vídeos de interés

Mecánica y Motores: Porqué la Inyección reemplazó al Carburador?
Distribuidor de encendido

 

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4 comentarios

  1. Buenas tardes Manolo.
    Me gustaria saber que significa dosado.
    gracias, un saludo

    • El dosado es la forma de valorar la proporción de aire y combustible, mezcla, para la combustión. Se mide por un número que indica los gramos de aire por un gramos de combustible; 15 gramos de aire por uno de combustible es un dosado 15.

      En los motores de gasolina se hace la mezcla antes, con el dosado adecuado, y después la chispa en la bujía inicia la combustión. Si la inyección es indirecta se aporta la gasolina antes de entrar al cilindro y si es directa ya dentro de este. En ambos casos la explosión comienza por la chispa en la bujía. Hay tres valores tipo del dosado del motor de gasolina, 12, 15 y 18:

      • Dosado 12; es el de máxima potencia y supone más consumo y contaminación (mucho CO y HC y poco NOx)*
      • Dosado 15; es el que produce menos gases de escape contaminantes, con un consumo y potencia buenos (valores medios/bajos de CO, HC y NOx)
      • Dosado 18; es el de menos consumo, pero con menos potencia y más contaminación (pocos HC y CO y mucho NOx)

      Los motores de gasolina con catalizador funcionan con dosado 15, pues al haber menos gases de escape contaminantes dura más el catalizador. De hecho la función de la 1ª sonda lambda o de oxígeno es mantener este dosado en todas las condiciones de marcha. En aceleraciones fuertes a fondo se puede pasar al dosado 12, o sus proximidades, para aportar la potencia necesaria por seguridad activa.

      En los motores diésel es diferente, funcionan con exceso de aire y la combustión se inicia por el contacto del gasóleo inyectado dentro del cilindro** con aire previamente calentado por la mayor relación de compresión. Para la combustión se utilizan dosados del entorno de 30 o más, es decir menos combustible que en el motor de gasolina, esta es una de las tres razones del menor consumo del motor diésel con respecto al de gasolina.

      Como ves en la respuesta he tocado diferentes conceptos y detalles que espero te hayan aclarado tu pregunta y tal vez generado otras, así es la tecnología del automóvil un conjunto global inter relacionado como comentaba en la presentación de este blog y del libro “Tecnología del automóvil”.

      *CO es monóxido de carbono. HC; hidrocarburos no quemados. NOx; óxidos de nitrógeno
      **El inyector en el motor diésel puede estar sobre el cilindro o en una cámara específica, pero siempre en contacto con el aire caliente

  2. Gracias por la respuesta.
    Deduzco por lo que he leido que la mejor relación de potencia, consumo y gases contaminantes es el dosado 15.
    Como novata que soy en el tema y teniendo en cuenta esta característica ¿Que clase de vehículos hay en este momento en el mercado que sean minimamente económicos?
    Gracias por tu ayuda.
    Saludos

    • En efecto el dosado 15 es un compromiso consumo – contaminación – prestaciones.
      Los coches que menos consumen son los que pesan menos y tiene motores de menor cilindrada, al menos en teoria pues hay muchos aspectos técnicos que habria que valorar en cada caso.
      Lo que más afecta al consumo es el peso (más en ciudad), aerodinámica (en carretera) y desarrollos de transmisión entre otros aspectos.
      Un mismo automóvil se puede conducir de tres formas:
      E- Económica; a las RPM más bajas que el motor admita
      R- De alto rendimiento; mantener el motor en el entorno de RPM de par máximo (medias RPM)
      P- Prestacional; conducir entre las RPM de par (medias) y potencia (altas), más cerca de esta últimas. Es para ir muy deprisa con mucho consumo y contaminación.
      Si se conduce mucho por ciudad es bueno salir a carretera periódicamente circulando a medias RPM y aceleraciones suaves durante unos kilómetros con el motor caliente, para limpiar los sistemas anticontaminantes, especialmente con motores diésel recientes
      En próximos artículo iremos tocando, entre otros, temas que atañen al consumo y contaminación y los comentarios que reciba son un excelente guión.
      Espero que esta respuesta te sea de utilidad para mejorar el conusmo de tu coche.

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