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Motores de mezcla pobre para reducir el consumo (2)

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Te contamos cómo el sistema de inyección directa ayuda a ahorrar combustible y emisiones.

¿Recuerdas cuando te hablamos de la mezcla de aire y gasolina que se produce en los cilindros y cómo influye en el consumo de combustible? Esta es precisamente la lógica detrás de los motores de mezcla pobre, que tratan de disminuir la cantidad de gasolina que se quema para ahorrar carburante y emisiones.

Pues bien, en esta ocasión te vamos a hablar de la tecnología que permite obtener el ahorro deseado y, al mismo tiempo, que la combustión sea la adecuada: el sistema de inyección directa.

¿Cómo funciona un sistema de inyección directa?

Antes de meternos en harina con el sistema de inyección directa, vamos a referirnos a otras tecnologías. Concretamente, a los antiguos motores de gasolina de carburación y también a los de inyección indirecta. En ellos, la gasolina entra junto con el aire en los cilindros, de tal manera que siempre se consigue una mezcla homogénea de esos dos elementos en la cámara de combustión.

¿Cuál es la diferencia con los sistemas de inyección directa? Pues que estos pulverizan el combustible directamente dentro del cilindro en una zona cercana a la bujía. De esta manera, conseguimos disponer en esa zona de una mezcla rica en gasolina que se inflamará fácilmente al saltar la chispa. Mientras, tendremos menos combustible en el resto de la cámara.

Al dividir la cámara de combustión en dos zonas, se logra una combustión adecuada, además de un mayor rendimiento térmico del motor. Entre otras razones, porque el aire que rodea la mezcla actúa como aislante y limita la pérdida de calor —es decir, de energía— a través del cilindro.

¿Cómo funciona un motor de gasolina de mezcla pobre?

Hay una característica de los motores de inyección directa más modernos que permite aumentar el ahorro de combustible: tienen dos modos diferenciados de funcionamiento. Concretamente, el modo en mezcla pobre y el modo en mezcla estequiométrica —de la que ya te hemos hablado—.

Esto significa que estos motores son capaces de funcionar con mezcla pobre a bajas revoluciones o a carga parcial, mientras que funcionan con mezcla estequiométrica a altas revoluciones o plena carga.

En ciudad, lo habitual es que un vehículo funcione a carga parcial y bajas revoluciones. De esta manera, se consigue una importante reducción del consumo de combustible gracias al modo de mezcla pobre, si lo comparamos con un vehículo gasolina convencional.

Durante el funcionamiento en modo de mezcla pobre, en la fase de admisión solo entra aire en los cilindros, no mezcla. Se cierra la válvula de admisión y comienza la carrera de compresión antes de la inyección de gasolina. Un chorro de gasolina procedente del inyector incide directamente en un rebaje del pistón que provoca, a su vez, un remolino del combustible cerca del electrodo de la bujía. Lo hace justo en el momento en el que se genera la chispa para producir la inflamación del combustible.

Al trabajar en el modo de mezcla pobre, la cantidad de aire se llega a multiplicar hasta por 2,4 respecto a la que sería necesaria con mezcla estequiométrica. Es decir, en lugar de las 14,7 partes de aire por cada una de gasolina que se dan en la mezcla estequiométrica, pasa a más de 35 partes de aire por cada una de gasolina.

Si el motor trabaja a plena carga o altas revoluciones, el aire ocupa todo el conducto de admisión y se distribuye uniformemente por todo el cilindro. En este caso, la gasolina se inyecta en la fase de admisión del aire, con lo que se mezcla durante más tiempo y de forma homogénea. 

En esta situación, el motor funciona casi igual que uno de inyección indirecta, pero con la ventaja de que la gasolina se evapora dentro de la cámara de combustión, por lo que se reduce la temperatura dentro de ella.

Reducir la temperatura dentro de los cilindros significa que el motor funciona de una manera más eficiente. La razón es que se invierte menos energía en calentar el motor y, por consiguiente, se dedica a mover el vehículo.

Sistemas de distribución variable

Algunos constructores, para mejorar la capacidad de llenado de aire de los cilindros, han instalado en sus motores tanto turbocompresores como sistemas de distribución variable para el árbol de levas de admisión. Seguro que has oído hablar de ambos.

Los sistemas de distribución variable permiten modificar el tiempo de apertura de las válvulas de admisión en función del régimen de funcionamiento del motor. Gracias a esta característica, se mejoran tanto el llenado de los cilindros como la formación del remolino cerca de las bujías.

De esta manera, la parte de la mezcla más cercana a las bujías obtiene una mayor proporción en combustible, lo que permite lograr una combustión más adecuada y eficiente.

¿Entonces, qué ventajas proporcionan los motores de mezcla pobre?

En resumen, los motores de mezcla pobre proporcionan grandes ventajas en comparación con los motores de gasolina convencionales. Una de las principales es que, para una misma cilindrada, se obtiene una mayor potencia del motor, a la vez que se reducen notablemente los consumos, especialmente en condiciones de baja carga o bajas revoluciones. Esto, a su vez, permite disminuir las emisiones de gases contaminantes.

Eso sí, no todo son ventajas en este tipo de motores. Las menores temperaturas de la cámara de combustión provocan que estos motores generen una mayor cantidad de partículas y otros elementos en comparación con los motores de gasolina convencionales. Esto obliga a utilizar catalizadores, así como a instalar de filtros de partículas de gasolina (GPF).

En lo referente a la lubricación de este tipo de motores, dadas sus especiales características y diferentes modos de funcionamiento, los lubricantes utilizados deben tener una calidad excelente y, generalmente, deben contar con tecnología sintética. También deben poseer unas propiedades de limpieza del motor a la altura.

Otra característica que deben cumplir los lubricantes para estos motores es que deben estar formulados como un bajo contenido en cenizas, precisamente para proteger el correcto funcionamiento y durabilidad de los sistemas de postratamiento como los catalizadores y el filtro de partículas.

Utilizar un lubricante de calidad que se adecue a las características del motor de cada vehículo es esencial para que las ventajas que le aportan las distintas innovaciones —como la tecnología de mezcla pobre— duren mucho tiempo.

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