Porqué consume menos el motor diésel que el de gasolina

Actualmente el motor diésel continua siendo el que más eligen los conductores de casi todos los países europeos, y ya lleva años, más o menos desde la incorporación del turbocompresor como un elemento más que aporta excelente respuesta al acelerador, y del control electrónico independiente de los inyectores, conocido comercialmente como “common rail” con reducción del ruido y las vibraciones (ha habido  durante un tiempo otro sistema coyuntural el “inyector – bomba”).

Pero la principal razón es el menor consumo de combustible y CO2 (que es proporcional al consumo) del motor diésel. El tema de este artículo es explicar porqué consume menos el motor diésel que el de gasolina.

Se empieza con un rápido repaso a los cuatro tiempos de los motores de gasolina y diésel apoyadas con imágenes.

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    • Motor de gasolina
      • 1 Admisión; el pistón baja con la válvula de admisión abierta, succionando aire y gasolina con inyección indirecta o solamente aire si es directa, se ven en las imágenes los dos sistemas (lo incorporan algunos automóviles conjugando las ventajas de ambos).
      • 2 Compresión; el pistón sube con las válvulas cerradas comprimiendo la mezcla, si la inyección es directa se aporta la gasolina durante admisión o en fase de compresión.
      • 3 Explosión; salta la chispa en la bujía iniciándose la explosión de la mezcla aire – gasolina que empuja al pistón.
      • 4 Escape, sube el pistón con la válvula de escape abierta expulsando los gases quemados.
    • Motor diésel.
      • 1 Admisión; el pistón baja con la válvula de admisión abierta succionando aire.
      • 2 Compresión; el pistón sube con las válvulas cerradas comprimiendo el aire.
      • 3 Combustión; se inyecta el gasóleo sobre el aire calentado en compresión, auto inflamándose al entrar en contacto produciendo la combustión y empuje sobre el pistón.
      • 4 Escape; sube el pistón con la válvula de escape abierta expulsando los gases quemados. Se denomina el tercer tiempo explosión en gasolina y combustión en diésel como diferenciación de la rapidez con que se quema el combustible en presencia del aire, más rápido en gasolina, explosión, que en diésel, combustión.

Las tres razones del menor consumo en el motor diésel

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    • 1ª. Menos bombeo en admisión que en el motor de gasolina; en el motor de gasolina se ha de mantener el dosado (proporción aire – gasolina) en un valor constante, por lo que el acelerador actúa sobre la mariposa de gases regulando el caudal de aire que entra al motor, y el sistema de alimentación de gasolina aporta la cantidad de combustible para mantener el dosado. En la imagen 1a se observa como en aceleraciones intermedias, con la mariposa parcialmente abierta, se obstruye el paso del aire lo que implica que el pistón se “frene” en su descenso, a este efecto se le denomina “bombeo“. En el motor diésel no es necesario mantener un determinado dosado, el gasóleo que se inyecte se quema utilizando la cantidad de oxígeno del aire que necesite, ya que sobra bastante. La energía de la combustión es proporcional al gasóleo inyectado por lo que acelerador actúa sobre el caudal de gasóleo sin ser necesaria la mariposa de gases. En la imagen 1b se ve como en admisión no hay obstrucción al paso del aire y el pistón desciende sin el efecto “freno” al no haber bombeo.

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    • 2ª. Más relación de compresión que en el motor de gasolina; relación de compresión Rc es el resultado de dividir el volumen sobre el pistón a final de admisión Va entre el volumen al final de compresión Vc. En las imágenes 2a y 2b se representan estos volúmenes en un motor de gasolina y en las 2c y 2d en un motor diésel. Se aprecia como el volumen de admisión Va en ambos motores es igual, pero el volumen de compresión Vc es menor en el diésel lo que implica que su relación de compresión Rc es superior. A más relación de compresión mayor presión durante la combustión, es decir más empuje sobre el pistón, par motor, con menos consumo de combustible.

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    • 3ª. Dosado bastante más pobre que en el motor de gasolina; un dosado es más pobre comparándolo con otro cuando la proporción de aire es mayor, y a la inversa sería más rico. En el motor de gasolina el dosado se ha de mantener en el valor teórico ideal de 15 gramos de aire por uno de gasolina (en realidad es 14,57 y se denomina dosado estequiométrico), se ve en la imagen 3a resaltando las características de este dosado, menor contaminación y uniforme en prácticamente todas las condiciones de uso del motor (se neutraliza en el escape sin complicaciones), consumo y emisión de CO2 (son proporcionales) medios y prestaciones medias (bastante superiores con sobrealimentación). Se podría mejorar el consumo con dosado más pobre y las prestaciones con dosado más rico pero en ambos casos aumenta la contaminación del motor de gasolina. En la imagen 3b se representa el motor diésel, que funciona con dosados muy pobres, de 60 e incluso más, lo que supone una sensible disminución del consumo de gasóleo. Estas son las características del dosado variable en el motor diésel, la contaminación es mayor y muy variable (requiere complejos sistemas anticontaminantes), el consumo y emisión de CO2 son sensiblemente menores (es su razón de ser), y las prestaciones son medias, menores que el de gasolina, pero como el turbocompresor es ya un elemento integrado en el motor diésel se incrementan las prestaciones con mejor respuesta desde bajas RPM que en el de gasolina.

Con la incorporación de la sobrealimentación al motor de gasolina y la inyección directa, se reduce sensiblemente el bombeo al poder funcionar el motor con mezclas pobres, pero se genera bastante más contaminación que requiere sistemas anticontaminación más complejos. Con la solución de utilizar en el mismo motor inyección indirecta y directa se pueden lograr mejores resultados en consumo, contaminación y prestaciones.

El ciclo Atkinson en el motor de gasolina permite reducir sensiblemente el bombeo, pero el funcionamiento ideal está en un margen de RPM no demasiado amplio, si se combina con la distribución de fase variable y colector de admisión de geometría variable se aumenta el margen de RPM con buen rendimiento.

Estos son algunos artículos del blog relacionados por si pueden ser de interés;

En la sección de “Tecnologías limpias”; “Ciclo Atkinson” (publicado el 20.11.2012), “Combustión HCCI” (publicado el 10.07.2013), “Distribución de fase variable” (publicado el 23.10.2013), “Sobrealimentación del motor” (publicado el 28.11.2013), “Ciclo Miller” (publicado el 07.05.2014) y “Colector de admisión variable” (publicado el 08.10.2014).

En la sección “Nuevas tecnologías”; “Consumo del motor térmico” (publicado el 26.06.2013) y “Motor de seis tiempos” (publicado el 09.12.2015).

En esta sección de “Actualidad”; “¿Qué motor elegir gasolina o diésel?” (publicado el 27.01.2014). Hay  más artículos que esta selección que ofrecemos como complemento.

 

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