Diagrama de distribución e inercia del fluido

Los ángulos que definen el diagrama de distribución se presentaron en el capítulo de generalidades (AAA, RCA, AAE y RCE). Por otro lado, la forma del diagrama de distribución se ha adelantado en la figura 4.1. En este apartado se estudian las funciones específicas de cada uno de ellos, los efectos que producen en diferentes condiciones operativas y los valores aproximados que toman.

Avance de la apertura del escape (AAE)

La apertura de la válvula de escape suele efectuarse en torno a 30º-50º antes del punto muerto inferior, acortando la carrera de expansión y, consecuentemente, reduciendo el trabajo generado. Dicho ángulo se selec- ciona llegando a un compromiso entre el trabajo perdido en la expansión —este último es menor cuanto menor es el adelanto— y el trabajo de bombeo por la expulsión de los gases de escape —que será mayor cuanto más retrasada esté la apertura—, ambos representados en la figura 4.4. El efecto del trabajo de bombeo es dominante a altas velocidades de giro y a altos grados de carga, puesto que la contrapresión en el escape crece sustancialmente.

Adicionalmente, cuanto mayor sea el avance, mayor será la temperatura de escape y mayores las emisiones de hidrocarburos no quemados.

Retraso del cierre del escape (RCE)

El cierre de la válvula de escape tiene lugar con posterioridad al punto muerto superior, siendo usuales ángulos entre 8º y 20º. El retraso del cierre tiene como objeto aprovechar la inercia del flujo que ya está saliendo del cilindro para seguir vaciando una vez finalizada la carrera

de escape, provocando además una depresión en la cámara que favorezca la admisión.

Además de lo anterior, el retraso del cierre del escape ha de estudiarse para cuantificar la cantidad de gas de escape retenido para el siguiente ciclo, que habitualmente no es deseable pero, si se requiere una alta tasa de EGR, puede ser conveniente. Este efecto se busca especialmente a bajas cargas, cuando la potencia demandada es menor. Con la retención de parte de los gases de escape se consiguen menores temperaturas de llama, por lo que se reduce la emisión de óxidos de nitrógeno. Adicionalmente, se puede reducir el trabajo de bombeo en MEP convencionales puesto que no es necesario que la mariposa esté excesivamente cerrada a bajas cargas puesto que parte del cilindro lo ocupan los gases de escape.

Por último, el reglaje de cierre de la válvula de escape se puede opti- mizar para ciertos regímenes de giro y a altas cargas, como se verá en el apartado 4.2.3.5, para permitir la llegada de una onda de rarefacción (o de depresión o de vacío) que mejore el vaciado del cilindro.

Avance de la apertura de la admisión (AAA)

La apertura de la válvula de admisión se suele efectuar entre 5º y 20 º antes del punto muerto superior. El objetivo de dicho avance es aprovechar la depresión que pueda provocar la inercia del gas de escape que está salien- do hacia el exterior (la válvula de escape está abierta al inicio de la admi- sión), así como para asegurar una mayor apertura de la válvula al inicio de la carrera de admisión para que ésta sea más efectiva, que mejore el rendi- miento volumétrico, reduzca el trabajo de bombeo por reducirse el efecto de succión, y evite en cierta medida los efectos de compresibilidad del fluido.

Como en el caso del RCE, el avance de la apertura de la admisión puede usarse tanto para favorecer el llenado del cilindro con masa fresca en condi- ciones de alta carga, como para determinar la proporción de gas de escape retenido en el cilindro cuando sea necesaria cierta tasa de EGR, más usual a cargas parciales.

Cruce de válvulas

Se acaba de ver que existe un tiempo en el que tanto la válvula de admi- sión como la de escape están abiertas. A este tiempo se le denomina cruce

de válvulas y tiene por objetivo favorecer el vaciado de gas residual y el llenado de masa fresca aprovechando la inercia de los gases.

Suele ser un tiempo pequeño o, en ocasiones, inexistente, debido a las limitaciones geométricas al tener ambas válvulas abiertas y el pistón muy cerca del punto muerto superior.

Un excesivo cruce de válvulas puede llegar a ocasionar que parte del gas de escape retroceda hacia la admisión, perjudicando el llenado del cilindro, o que parte de la masa fresca se evacúe por el escape, fenómeno no deseado en MEP puesto que se perdería el combustible en la mezcla evacuada, se aumentan las emisiones de hidrocarburos no quemados y podría provocar combustiones no deseadas en el colector o los conductos de escape. El cruce de válvulas debe ser, por tanto, convenientemente estudiado para que puedan darse los benefi- cios anteriormente comentados pero no los inconvenientes expuestos.

Retraso del cierre de la admisión (RCA)

Es el ángulo con mayor influencia sobre el llenado de masa fresca del cilindro. Habitualmente el cierre tiene lugar entre 40º y 60º después del punto muerto inferior, por lo que el llenado continúa incluso cuando el pistón está ya ascendiendo. El fundamento para este retraso es el aprove- chamiento, de nuevo, de la inercia del flujo para seguir llenando una vez finalizada la carrera de admisión.

Un alto retraso del cierre de la admisión sirve para mejorar el llenado y el rendimiento volumétrico del motor sobre todo a altas velocidades, cuan- do la inercia tiene mayor influencia, pues la corriente tiende a continuar entrando aún con el pistón en ascenso hacia el PMS, y puede mitigar en una pequeña medida los efectos de la compresibilidad del flujo, también notables a altas velocidades que, como se ha comentado, limitan el caudal de entrada si se alcanza la velocidad del sonido. A velocidades bajas el efec- to es menos notable y puede llegar a darse reflujo de carga hacia la admi- sión, lo que tiene un efecto es negativo sobre el rendimiento volumétrico. Asimismo, a cargas bajas los MEP se ven más perjudicados porque los efec- tos de inercia son aún menos notables, dado que el alto estrangulamiento de la válvula de mariposa perjudica el llenado del motor.

Como en el caso del RCE, el reglaje de cierre se puede optimizar para ciertos regímenes de giro y a altas cargas, como se verá en el apartado

4.2.3.5, para permitir la llegada de una onda, en este caso de presión, pro- veniente del conducto de admisión, que mejore el llenado del cilindro.

Por último, si la distribución del motor pudiera ser completamente variable en función de las condiciones operativas, la selección del cierre de la admisión podría emplearse para la regulación de la carga en MEP, evitando así el empleo de la válvula de mariposa. No obstante, existiría igualmente una pérdida de rendimiento, aunque menor, por una disminu- ción efectiva de la relación de compresión, al acortar la carrera efectiva de compresión.