Con la introducción de nuevas tecnologías amigables con el medio ambiente y continuas evoluciones, los motores de combustión nos otorgan un mejor consumo y con mayores prestaciones. En este derrotero se han creado diferentes tipos de soluciones, incluyendo el propio ciclo de de funcionamiento del motor, como los Miller, el Otto, el Atkinson, y unas cuantas más. En esta ocasión nos vamos a enfocar en los dos más representativos, dejando de lado al ciclo Miller que en esencia es el mismo que el Atkinson, pero con sobrealimentación.
Combustión interna
Comencemos explicando el principio de la los motores de combustión interna, que también pueden ser llamados motores de explosión. Este tipo de mecanismos obtienen la energía mecánica mediante la química de un combustible, en donde el encendido o detonación se da directamente dentro de la cámara de combustión, lo contrario a la máquina de vapor, que lo hace de manera externa.
Ciclo Otto
El primero en crearse fue el ciclo Otto (1876) inventado por el ingeniero alemán Nicolaus Otto en conjunto con Etienne Lenoir, éste último fue el primero en concebir dicho desarrollo del cual Nicolaus realizaría mejoras ocho años después.
Para este tipo de ciclo se puede hacer uso de dos tipos de motorizaciones, de dos o de cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape), donde el segundo es el más usado en los autos por varios motivos incluyendo un rendimiento de combustible superior.
Cuatro tiempos
En este tipo de motores la primera fase comienza con el deslizamiento del pistón hacia el punto muerto inferior, en donde la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo la entrada de aire y combustible hacia el interior de la cámara, mientras que en la segunda las válvulas permanecen cerradas y el pistón se desplaza hacia el punto muerto superior logrando comprimir la mezcla de aire y combustible para llevar a cabo el chispazo que encenderá dicha mezcla.
En la tercera fase se producirá la transformación de la energía química del combustible en energía mecánica para que el pistón baje y la transmita a través de la biela al cigüeñal y genere el movimiento; en la última fase se vuelve a abrir la válvula de escape para expulsar los gases producidos durante la combustión y pueda quedar listo para iniciar un nuevo ciclo.
El grado de eficiencia depende de varios factores incluyendo la compresión dentro de la cámara de combustión, en donde una relación de compresión baja requerirá de un combustible de menor octanaje, mientras que una relación de compresión alta requerirá de combustible de mayor octanaje para evitar la detonación y lograr la combustión de manera adecuada.
Ciclo Atkinson
Desarrollado en 1882 por James Atkinson, este ciclo se popularizó tras la introducción y comercialización de los vehículos híbridos, que suman impulso eléctrico al motor de combustión interna.
Basado en el ciclo Otto, el motor Atkinson sigue el mismo pincipio, pero cambia en la fase de compresión para lograr un menor consumo de combustible. La calve acá está en el retraso del cierre de las válvulas de admisión, lo que permite que los gases vuelvan hacia el colector de admisión. Así, no solo se necesita menos esfuerzo para que el pistón suba, pero sobre todo permite una mayor relación de compresión cerca del áera de la chispa sin peligro de detonación por alta temperatura. Así, al tener menos mezcla que explotar, hay menos fuerza, pero como se aprovecha mejor el combustible, se aumenta la eficiencia y con ello se mejora el consumo.
¿Por qué en híbridos?
Acá la respuesta es simple, estos grupos mecánicos buscan la mayor eficiencia posible y pueden suplir la fuerza del motor de combustión con el gran torque del eléctrico, que además está disponible desde el vamos. Entonces, los números de potencia y torque finales son buenos, pero con un mayor aprovechamiento de la energía.
Semi Atkinson
Si bien pertencecen al ciclo Otto, muchos motores actuales aprovechan la posibilidad de variar el tiempo y luz de apertura de válvulas para imitar el ciclo Atkinson. A bajas cargas y rpm, estos impulsores generan poca potencia y bajos consumos, pero cuando vamos con todo sobre el acelerador cambian la ley de funcionamiento y pasan a una mayor entrega de potencia. Este tipo de soluciones las utilizan desde hace mucho tiempo motores como los i-VTEC de Honda y motores como el Sigma II de Ford que traía el Fiesta de Méxcio, por nombrar algunos.
