La principal diferencia está en el proceso de encendido y su consecuente evolución de la combustión.
El autoencendido de los MEC obliga a conseguir una temperatura elevada en la cámara de combustión, y a evitar que el combustible esté mucho tiempo en contacto con el aire, para evitar el autoencendido sin control, por lo que el proceso de mezcla debe hacerse al final de la carrera de compresión. Esto exige al sistema de inyección contribuir a formar la mezcla en poco tiempo. Además, el proceso de formación de la mezcla permite controlar la carga del motor variando la cantidad de combustible inyectado, sin cambiar la cantidad de aire admitido.
En los MEP el encendido se realiza por aporte de energía exterior en un punto de la cámara de combustión desde donde se inicia la propagación de un frente de llama. Es necesario conseguir una mezcla homogénea en toda la cámara de combustión, y que se encuentre dentro de los límites de inflamabilidad, lo que obliga a realizar el proceso de mezcla muy pronto, normalmente durante la carrera de admisión, e impedir que el combustible se encienda durante la carrera de compresión, limitando la temperatura de la mezcla en el cilindro. Esto obliga a que la regulación de la carga se haga controlando la masa de combustible aportado y la de aire admitido, obligando a estrangular el flujo en el conducto de admisión.
Formación de la mezcla
En los MEP se suelen usar sistemas de inyección, pero algunos motores pequeños de bajo coste siguen usando carburadores. El inyector puede estar en el colector de admisión o en el cilindro (DI). Si el combustible se introduce en el colector de admisión, el tiempo que haya para formar la mezcla será el de la duración de la fase de admisión y compresión.
En los MEC, el combustible se inyecta a alta presión al final de la carrera de compresión, la mezcla se forma en la cámara de combustión. El sistema de inyección es muy importante y debe ser capaz de distribuir rápidamente el combustible en la cámara de combustión y contribuir a mezclarlo con el aire. A veces hay que combinar el efecto del sistema de inyección con el movimiento del aire en la cámara de combustión para acelerar la formación de la mezcla.
Regulación de la carga y dosado
- MEP de inyección indirecta (IDI): se busca una mezcla homogénea en todo el volumen de la cámara de combustión, por tanto el dosado debe ser estequiométrico. Para cambiar la potencia del motor hay que cambiar en la misma proporción tanto la masa de combustible como de aire. La única forma de cambiar la masa admitida es cambiar su densidad, para eso usamos una válvula de estrangulación (de mariposa) colocada en el colector de admisión, y que modifica la presión de admisión (regulación cuantitativa). Cuanto más se cierre la válvula mayor será el trabajo que tiene que hacer el émbolo para introducir la mezcla en el cilindro, empeorando el rendimiento.
- MEP de inyección directa (DI) (mezcla estratificada): el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión. A plena carga (cuando el acelerador está pisado del todo) el combustible se inyecta durante la admisión, logrando una mezcla homogénea en toda la cámara. A cargas parciales se busca una mezcla heterogénea, con dosado alto cerca de la bujía, y más pobre en las zonas más alejadas, siendo casi nulo en la periferia de la cámara. Para esto, el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión durante la compresión. El dosado global cuando operan con gasolina puede variar entre 1/12,5 (plena carga) y 1/50 cargas parciales.
- MEC: la combustión puede producirse en un amplio rango de dosados, desde valores de 1/18 hasta 1/900 cuando funcionan con gasóleo, se puede regular la carga de un modo más natural, es decir, manteniendo el caudal de aire e inyectando solamente el combustible necesario para la potencia deseada.. La cantidad de mezcla aire-combustible no cambia mucho al regular la carga, pero sí se varía el dosado (regulación cualitativa). No se puede usar el dosado estequiométrico porque la mezcla es heterogénea.
Tipos de cámara de combustión
La principal diferencia está en el volumen respecto al del cilindro, es decir, en la relación de compresión. Para un MEP la relación máxima es 12, mientras que para un MEC está entre 15 y 21.
- ID: la culata suele ser plana, con la cámara de combustión labrada en la cabeza del émbolo. Para lograr una adecuada atomización del combustible, la presión de inyección tiene que ser muy alta, hasta de 2500 bar, situando además el inyector, con un montón de orificios en el centro de la cámara de combustión.
- IDI: la cámara de combustión está dividida en 2 partes, una precámara situada en la culata y una cámara principal labrada en el émbolo. Cuando el émbolo se acerca al PMS durante la carrera de compresión, parte del aire pasa a la precámara generando gran turbulencia. El combustible se introduce en la precámara mediante un inyector que suele tener solo un 1 orificio y a una presión que no necesita ser tan alta como en los DI. La combustión se inicia dentro de la precámara, y expulsa parte de los gases hacia la cámara principal donde finaliza la liberación de energía.
Las características que se le exigen a un combustible suelen ser un alto poder calorífico, facilitar el arranque del motor en cualquier condición, baja emisión de contaminantes, seguridad en su manejo, comodidad en su funcionamiento...
La característica más relevante es la resistencia del combustible al autoencendido, tiene que ser alta en los MEP y muy baja en los MEC. Esta propiedad se mide con el índice de propano para MEP y el índice de cetano para MEC; conviene que los índices sean altos.
En los MEC es muy importante la viscosidad del combustible, por su influencia en el comportamiento del sistema de inyección y en la formación, tamaño y penetración de gotas de combustible en la cámara de combustión.
Para MEP, los combustibles más usados son gasolina, alcoholes, gas natural (GN), gases licuados del petróleo (GLP) o hidrógeno; para los MEC, gasóleo, fuel-oil y aceites vegetales.
Potencia y rendimiento
Debido a que los MEC funcionan a base de mezcla heterogénea, no podrán hacer la combustión con un dosado cercano al estequiométrico, lo que hace que los MEP puedan quemar más combustible con la misma cantidad de aire, además, el proceso de formación de la mezcla para los MEP está menos limitado por el tiempo, permitiendo funcionar a velocidades de giro mayores. Estos 2 factores hacen que los MEP tengan mayor potencia que los MEC y mayor potencia específica (potencia por unidad de cilindrada).
Los MEC pueden trabajar con relaciones de compresión más altas y dosados bajos, lo que les hace tener mayor rendimiento que los MEP.
Las diferencias en potencia específica se pueden compensar con los motores sobrealimentados, ya que los MEC aceptan un mayor grado de sobrealimentación.
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