Configuration Option Register (Base + 00h in Attribute Memory)

El proceso de renovación de la carga de los MCIA, al igual que ocurría con las turbinas de gas, hace que desde un punto de vista estricto no se pueda definir un ciclo termodinámico. No obstante, es posible considerar su funcionamiento como una sucesión de procesos que se repiten en el tiempo. El ciclo termodinámico será por lo tanto la sucesión de los procesos que se repiten en el tiempo. En el diagrama p-V puede verse la complejidad de los procesos que forman el ciclo real:

Uno de los aspectos más destacables de los ciclos reales es que las aperturas y cierres de válvulas no se ejecutan justo en los puntos muertos. Existen unos adelantos y retrasos que a continuación se justifican.

Avance de la apertura del escape (A.A.E):

Al final de la carrera de expansión, la presión. en la cámara de combustión es baja y, en consecuencia, poco importante desde el punto de vista de la producción de trabajo,. Si se abre la válvula de escape antes de que el pistón llegue al PMI de la carrera de expansión, la pequeña presión existente resulta de gran ayuda para la evacuación de los gases de escape. Además, cuando el pistón vuelva a subir la presión en la cámara de combustión será menor con lo que el trabajo utilizado para

sacar los residuales de la cámara (trabajo de bombeo) disminuirá. La magnitud de este avance depende del tipo de motor pero si se expresa como el ángulo que debe girar el cigüeñal para llegar al PMI desde el momento de la apertura de la válvula su valor ronda los 50°. Este dato indica que la carrera de expansión se reduce aproximadamente un 30% por este motivo.

Avance de la apertura de la admisión (A.A.A):

En la parte final de la carrera de escape el pistón va disminuyendo su velocidad por estar llegando al PMS. Sin embargo, los gases de escape continúan saliendo a una velocidad considerable y siguen dicha deceleración con retraso debido a la inercia de la corriente de salida. Esto provoca un vacío en la cámara de combustión que debe ser aprovechado para introducir la carga fresca^ Además, debido a la inercia de la carga fresca, transcurrirá un pequeño periodo de tiempo hasta que la columna de gases de admisión se ponga en movimiento. El avance de apertura de admisión expresado como el ángulo que debe girar el cigüeñal hasta que el pistón llega al PMS desde el momento de la apertura de la válvula depende del tipo de motor aunque su valor oscila entre 10o y 15o.

Retraso del cierre del escape (R.C.E.):

La válvula de escape se cierra después de haber pasado el pistón por el PMS ya que los gases de escape, debido a su inercia, siguen saliendo durante parte de la carrera descendente del pistón. Por ello, el cierre posterior de la válvula de escape mejora el vaciado de los residuales de la cámara de combustión. En los MEP se debe tener especial cuidado con este retraso pues un valor excesivo ocasiona el llamado

"cortocircuito de admisión y escape " al salir parte de la mezcla fresca directamente

por el escape, disminuyendo el rendimiento y aumentando las emisiones contaminantes. Medido como el ángulo que gira el motor desde el PMS hasta que cierra la válvula, el valor de este retraso oscila entre 10° y 15° según el tipo de motor. El ángulo girado por el motor con las válvulas de admisión y escape abiertas simultáneamente se denomina

"de cruce".

Retraso del cierre de la admisión (R.C.A.):

La baja velocidad del pistón en las proximidades del PMI hace que la variación de presión que éste provoca en la cámara de combustión sea pequeña. Si a este hecho se le añade el efecto de la inercia del fluido del conducto de admisión, se comprende fácilmente que la carga fresca siga entrando, a través de la admisión a pesar de que el pistón se encuentre subiendo. Por lo tanto, conviene retrasar el cierre de la admisión hasta que la subida del pistón provoque una aumento de presión tal que impida la entrada de carga fresca. El valor de este retraso depende de las características del motor y muy especialmente del régimen de giro. Si se expresa como el ángulo que gira el motor desde el PMI hasta el cierre de la válvula su valor oscila entre 45° y 65°. Esto significa que durante el primer tercio de la carrera de compresión, la válvula de admisión se encuentra abierta aprovechando los efectos dinámicos de la corriente.

En el ciclo teórico se consideran las aperturas y los cierres de las válvulas en el PMI y en el PMS, tal y como se muestra en el gráfico III.2.3:

2.2. Descripción de los procesos termodinámicos que tienen lugar en las distintas fases.

En este apartado se analizan los aspectos termodinámicos más destacables de las fases de funcionamiento de los motores de combustión interna alternativos.

Fase de compresión:

 Transferencia de calor. La diferencia de temperatura entre el gas y las paredes del cilindro durante esta fase no es muy grande. Al comienzo de la compresión la temperatura del gas será menor que la de las paredes por lo que el proceso será endotérmico mientras que al final ocurrirá lo contrario y el proceso será exotérmico. En cualquier caso, el flujo térmico será relativamente pequeño.

 Fricción: La velocidad relativa del fluido respecto a la pared de la cámara de combustión y las turbulencias internas en la misma provocan pérdidas viscosas. Los MEC necesitan una turbulencia elevada para conseguir preparar la mezcla en un periodo de tiempo increíblemente corto:

En los MEC de inyección indirecta (IDI) (Ilustr. III.2.5), cuando el pistón sube, el aire es obligado a entrar en la precámara alojada en la culata. La alta velocidad que el fluido alcanza al pasar por la garganta ..origina pérdidas importantes y, además, aumenta el coeficiente de película, lo que favorece la transmisión de calor en el proceso. En los MEC de inyección directa (DI) de baja turbulencia, la fricción será pequeña, mientras que en los de turbulencia media (Ilustr. III.2.6) será algo mayor aunque siempre menor que en los IDI. En este caso, al subir el pistón, se provoca eí efecto "squeeze" y el aire gira con gran velocidad en la cámara alojada en el pistón. Es importante también el torbellino provocado por los conductos de admisión "swirl".

En los MEP el grado de turbulencia es menor pues se dispone de mayor tiempo para la preparación de la mezcla y, además, el combustible es mucho más volátil. Por ello, las pérdidas por fricción en este tipo de motores serán, en general, menores que en los MEC.

 Fugas: Entre las paredes del cilindro y el pistón se escapa parte del fluido encerrado en la cámara de combustión aunque la gran efectividad de los segmentos hace que estas fugas sean muy pequeñas al compararlas con la masa que evoluciona por el motor.

 Las condiciones del gas al comienzo de la fase de compresión no coinciden con las atmosféricas debido a la absorción de calor por parte de la carga fresca y a las pérdidas viscosas existentes durante el proceso de admisión.

Fase de combustión y expansión:

térmicas en los MEC-IDI son mayores que en los MEC-DI por ser mayor el área de la superficie exterior de la cámara de combustión. Los MEP trabajan con dosados casi estequiométricos y, en consecuencia, la temperatura de combustión es alta por ello las pérdidas térmicas serán, en general, mayores.

 Fricción: Las pérdidas por fricción son muy altas en los MEC-IDI y altas, aunque mucho menos, en los MEC-DI y en los MEP. Al igual que las pérdidas térmicas, las pérdidas viscosas serán mayores en la primera etapa de la fase debido a la mayor temperatura del gas y debido a la mayor turbulencia.

 Fugas: Las fugas son pequeñas aunque mayores que en la fase de compresión, debido a la mayor presión a que se encuentra la cámara de combustión.

 Duración de la combustión: La combustión no es instantánea, sino que transcurre durante un indeterminado periodo de tiempo. Esta duración temporal hace que el inicio de la combustión tenga lugar durante la carrera de compresión, poco después del punto de encendido o de inyección.

 Combustión: La combustión no es perfecta ocasionando la aparición de inquemados y otros productos de combustión distintos del dióxido de carbono y del vapor de agua.

 El AAE origina las pérdidas de escape que serán estudiadas en el apartado 3.3.

Fase de escape:

 A pesar del AAE la presión en el interior de la cámara de combustión es superior a la atmosférica y por ello el pistón, en su carrera ascendente, debe aportar un trabajo sobre el fluido para conseguir expulsarlo.

Fase de admisión:

 A pesar del AAA la presión en el interior de la cámara de combustión es inferior a la atmosférica como consecuencia de las pérdidas de carga en el conducto de admisión, filtro, válvulas, etc. Al estar el pistón en su carrera descendente debe aportar un trabajo sobre el fluido para conseguir introducirlo. Este trabajo sumado con el de la fase de escape es lo que se conoce como trabajo de bombeo.

 Transferencia de calor: Por estar las paredes del colector de admisión y, especialmente, de la cámara de combustión más calientes que la carga fresca, ésta sufrirá un aumento de temperatura y en consecuencia una disminución de densidad respecto de las condiciones ambiente. Este aspecto junto con el anterior llevan a definir el rendimiento volumétrico, parámetro que se estudiará más adelante.