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El motor térmico de gasolina funciona al producirse la explosión de la mezcla aire – gasolina dentro del cilindro por la chispa en la bujía.
La mezcla ha de tener determinadas características de proporción y distribución de los dos componentes, de esto trata la alimentación de gasolina, que comenzó con el carburador y continua con la inyección y sus evoluciones.
La generación de chispa en la bujía se elabora mediante el sistema de encendido, que ha ido evolucionando también.
Los objetivos de la alimentación y encendido del motor de gasolina son lograr buenas prestaciones, con los consumos más bajos que sea posible y cumpliendo las directivas anticontaminación, lo que implica incluir en este capítulo los sistemas de limpieza de gases de escape.
La explosión en el motor de gasolina; mezcla y chispa
En realidad, cuando se quema la gasolina en presencia de aire en el motor no se produce una explosión, no es tan rápida como para ser una explosión, reventaría el motor, es una combustión rápida.
Si se identifica como explosión en el motor de gasolina es para resaltar que la velocidad al quemarse la mezcla es más rápida que en el motor diésel, en el que se denomina combustión.
Imagen 12.1
El motor de gasolina funciona haciendo explotar al final del tiempo de compresión la mezcla de aire y gasolina provocada por una chispa.
La mezcla se realiza antes de entrar a los cilindros o ya en su interior según sea el sistema de alimentación.
Cronológicamente el primer sistema de aportación de gasolina es el carburador, situado en el colector de admisión después del filtro de aire y es el que se representa, el carburador está alimentado de gasolina por una bomba específica, mecánica en la imagen.
La chispa se produce en la bujía y es precisa más cantidad de electricidad que la que tiene la batería, se logra multiplicándola en la bobina, es la corriente o tensión de alta.
Si el motor tiene más de un cilindro, cuatro en línea en este, hace falta repartir la tensión de alta entre las bujías, es la función del distribuidor de encendido.
Se resaltan a continuación los elementos y su funcionamiento:
1.- Filtro de aire
- Limpia el aire exterior antes de entrar a los cilindros, está en la entrada del colector de admisión.
2.- Bomba de gasolina
- Es accionada por el motor (en este caso), succiona gasolina del depósito y la envía al carburador que la almacena y suministra al motor según las necesidades de alimentación de los cilindros.
3.- Carburador
- Aporta la cantidad de gasolina en el colector de admisión para que se mezcle con el aire antes de entrar a los cilindros.
- Dispone de un almacén o cuba que comunica con el colector de admisión por distintas salidas para aportar gasolina en cada situación de marcha.
- La mariposa de gases accionada por el acelerador está en la salida del carburador al colector de admisión.
4.- Bobina de encendido
- Multiplica la electricidad de la batería para lograr provocar la chispa en las bujías y así iniciar la explosión de la mezcla aire – gasolina.
- Envía la tensión de chispa o alta al distribuidor de encendido por un cable.
5.- Distribuidor de encendido
- Recibe la electricidad multiplicada en la bobina y la reparte entre las bujías por los cables de alta.
- Es movido por el motor.
6.- Bujía
- Es la encargada de iniciar la explosión de la mezcla mediante una chispa de alta tensión.
Dosado de la mezcla aire – gasolina
Imagen 12.2
La explosión en el motor de gasolina se inicia por la chispa en la bujía mediante el sistema de encendido.
Para que se produzca la explosión se han de cumplir unas proporciones entre la cantidad de aire y combustible, mezcla; se toma como referencia 1 gramo de gasolina y se añaden gramos de aire.
Hay tres proporciones distintas genéricas de mezcla y se da el valor de los gramos de aire pues es constante 1 gramo de gasolina y se denomina dosado.
En la imagen de las curvas se representan las variaciones del dosado según el llenado del motor con carburador.
- Dosado 15 (15 gramos de aire por 1 gramo de gasolina); se producen menos gases contaminantes, el consumo y respuesta del motor (par y potencia) son medios.
- Dosado 18 (18 gramos de aire por 1 gramo de gasolina); el consumo de combustible es menor, pero la contaminación es mayor y la respuesta del motor se reduce.
- Dosado 12 (12 gramos de aire por 1 gramo de gasolina); mejor respuesta del motor, el consumo y contaminación son elevados.
Si el dosado es superior a 18 o inferior a 12 el motor comienza a funcionar mal por defectos de la combustión, por lo que se ha de mantener el dosado en los valores establecidos.
Se denomina mezcla rica la que tiene menos aire y pobre la que tiene más; así el dosado 15 es medio, el 12 rico y el 18 pobre comparando los tres valores.
En teoría según la utilización prevista para cada tipo de automóvil se elegiría el dosado más adecuado; si se busca menor consumo sería 18, para deportivos y prestacionales es 12 y en uso medio de turismo el equilibrio lo da el 15.
Lo más habitual es buscar el equilibrio entre consumo y prestaciones por lo que la elección que parece más idónea es el dosado 15.
Pero el llenado del motor es variable, escaso a bajas RPM para ir aumentando hasta llegar al par máximo y decae de nuevo al subir a más RPM.
Cuando el llenado no es el ideal se quema peor la mezcla y se ha de ayudar con dosado algo más rico.
Con el máximo llenado al quemarse mejor la mezcla se puede ir empobreciendo el dosado.
Teniendo en cuenta estos aspectos se diseña la curva teórica de dosado según las RPM de funcionamiento del motor y aceleración.
Si el control de la mezcla es mecánico (carburador) no es posible técnicamente seguir la curva teórica de dosado, por lo que se ha enriquecer ligeramente la mezcla para evitar fallos de motor o tirones, es la curva real de dosado.
En aceleraciones bruscas el aire entra rápidamente, pero la gasolina ha de ser “empujada”, y además se solicitan prestaciones, lo que implica que se ha de aportar mezcla rica en el entorno de 12 durante las secuencias de aceleraciones fuertes, curva de dosado en aceleración.
Para que sea posible mantener los valores de dosado, proporciones de aire y gasolina, se ha de poder regular el llenado de aire de los cilindros del motor.
Se realiza mediante un estrangulador variable en el colector de admisión adaptando el caudal de entrada de aire, es la mariposa de gases.
A la vez que se ajusta el caudal de aire se ha de controlar la aportación de gasolina para mantener el dosado, harán falta elementos para hacerlo.
En la imagen del carburador se representan los circuitos de que dispone para adaptar el dosado a las necesidades, se explica más adelante.
Gasolina pulverizada y mezcla homogénea
Imagen 12.3
El dosado adecuado es imprescindible para que sea posible una buena explosión en el motor de gasolina iniciada por la chispa en la bujía, pero son necesarios otros dos aspectos; que el sistema de aportación de gasolina al motor lo haga en gotas muy finas, pulverizada, para favorecer su mezcla con el aire y que el reparto de la gasolina en el aire dentro del cilindro antes de la explosión sea uniforme, es decir que la mezcla sea homogénea.
En las imágenes se ven estos detalles sobre un motor de dos cilindros horizontales opuestos refrigerado por aire que se alimenta de gasolina mediante un carburador.
Gasolina pulverizada
- Las salidas de gasolina en los surtidores de los diferentes circuitos del carburador hacia admisión ha de hacerse en gotas muy finas, cuanto más pequeñas mejor para que la mezcla con el aire sea lo más rápida posible.
- Así se va preparando la mezcla hasta el momento en que la chispa de comienzo a la explosión.
- En la imagen del carburador se representan sus circuitos, después se desarrolla su funcionamiento.
Mezcla homogénea
- Para que el inicio de la explosión sea rápido al producirse la chispa, y que la propagación del frente de llama sea progresivo, es necesario además que la mezcla sea homogénea, es decir que cada fina gota de gasolina esté rodeada de aire produciendo una explosión uniforme que permita aprovechar al máximo la energía de empuje sobre el pistón.
- En las imágenes se ven dos tipos de mezcla, la homogénea que es la buscada, y la estratificada no homogénea con reparto desigual de la gasolina en la masa de aire, esta mezcla se quema mal y de forma aleatoria.
Carburador
Imágenes 12.4 y 12.5
El primer sistema para aportar gasolina al motor es el carburador, se ve en perspectiva montado en el motor en la imagen A, desmontado en la B, de lado en la C y en radiografía en la 12.5 representando sus circuitos internos.
Una bomba de gasolina accionada por el motor envía el combustible desde el depósito a la cuba del carburador.
Se mantiene el nivel constante de gasolina en la cuba mediante un flotador.
La gasolina tiene varios conductos para llegar desde la cuba al cuerpo del carburador, situados a diferentes alturas del eje de la mariposa, y que van incrementando la aportación de gasolina succionada por el paso del aire aspirado por el motor, son estos; ralentí, progresión, alta y econostato.
Estos circuitos van actuando al irse abriendo la mariposa de gases, accionada por el pedal del acelerador y entrar más aire.
La salida del circuito de alta incide en un estrechamiento en el cuerpo del carburador para favorecer la pulverización, es el difusor.
Al subir más de RPM el econostato aporta gasolina adicional por encima del difusor.
Para arrancar el motor en frío hace falta más gasolina al ser más lenta la explosión y condensarse parte de la gasolina en los colectores de admisión, se obtiene cerrando otra mariposa en la parte alta del carburador haciendo que el motor succione gasolina de todos los circuitos, se suele identificar como “estárter”.
Al funcionar el motor de gasolina con carburador, el dosado va pasando de 12 a 15 a bajas RPM (aumenta el llenado) para ir llegando a 18 a medias RPM (mejor llenado) e ir pasando hacia 12 a altas RPM (el llenado va empeorando).
Al ir acelerando se aporta gasolina por varios circuitos que se solapan parcialmente alterándose transitoriamente el dosado teórico ideal.
Se compensa la falta de respuesta en aceleraciones rápidas con la bomba de aceleración que aporta más gasolina.
La alteración del dosado hace que el motor trabaje con mezcla rica en muchas ocasiones, más durante el arranque en frío, calentamiento y aceleraciones, generando bastante dilución de gasolina en el cárter, por lo que se ha de cambiar el aceite en recorridos cortos.
El circuito de alta se alimenta de gasolina pasando por el tubo emulsor que tiene una entrada de aire por la parte superior, este sistema permite el paso de aire adicional al ir acelerando, desde progresión hasta alta para ir adaptando el dosado.
Cuando se vacía de gasolina el pozo emulsor en llano se circula en el entorno del par máximo, cuando el dosado buscado es el más pobre que admite el motor, 18.
Al seguir acelerando interviene el econostato, por encima la salida de alta, aportando más gasolina con dosados menores de 18 que vayan compensando el peor llenado.
Hay una entrada al circuito de ralentí cerca del difusor, es para que al intervenir el circuito de alta no vacíe el de ralentí, esta entrada se conoce como irreversibilidad.
Con el acelerador a fondo el dosado está en el entorno de 12.
El funcionamiento mecánico y neumático del carburador no permite ajustar con exactitud el dosado, por lo que el dosado real no coincide con precisión con el teórico, además el carburador requiere mantenimientos periódicos.
La comunicación entre la cuba y los diferentes circuitos se hace mediante surtidores o “chiclés” de secciones que determinan el caudal de paso de gasolina, en la imagen se ven los de ralentí SR y de alta SA.
También se indican los tornillos de mezcla TM y de RPM de ralentí RPM/R para regular el funcionamiento del motor a ralentí como punto de partida.
Hay bastantes más reglajes para que el carburador mantenga su correcto funcionamiento que se han de hacer periódicamente.
Resumen del carburador; a RPM y posición del acelerador mantenidas se puede lograr el dosado que se considere idóneo, pero el dosado se altera sensiblemente durante las variaciones transitorias de aceleración y RPM.
