Motor de 6 tiempos

El motor térmico de combustión interna tiene habitualmente 4 tiempos. Hay  motores de 2 tiempos que han sido bastante utilizados en el automóvil, pero no actualmente por exceso de contaminación, aunque se sigue investigando para tratar de compensar sus inconvenientes y hacer viable su retorno. También existen motores de 5 tiempos de gasolina, es el ciclo Atkinson que se sigue utilizando actualmente.

Otro motor que ha tenido cierta presencia en el automóvil y que la contaminación, entre otros aspectos técnicos, ha desestimado actualmente es el motor rotativo Wankel, de 4 tiempos.

En esta ocasión vamos a explicar el motor de 6 tiempos para gasolina y diésel con pistones alternativos. Al ser proyectos sin aplicación en automóviles en la actualidad hemos ubicado este artículo en la sección “Nuevas tecnologías” en lugar de en “Tecnologías limpias”, que le correspondería pues su principal objetivo es reducir la contaminación y el consumo.

Para centrar lo mejor posible los contenidos repasamos primero los 4 tiempos en los motores de gasolina (ciclo otto) y de gasóleo (ciclo diésel). No se contemplan en las explicaciones las variaciones de apertura y cierre de las válvulas con respecto al funcionamiento teórico para aprovechar la resonancia en los colectores, con el fin de no hacer demasiado largo este artículo.

Al final se incluyen enlaces a temas relacionados y complementarios en el blog por si te interesa ampliar la información.

Los 4 tiempos del motor de gasolina

Estos son los 4 tiempos del motor de gasolina, hemos seleccionado un motor con inyección indirecta (inyector antes de la válvula de admisión);

    • Tiempo 1. Admisión; al tener inyección indirecta, el motor al abrir la válvula de admisión y descender el pistón aspira aire (a través del filtro) y gasolina (también filtrada), mezcla que entra al cilindro. Después se cierra la válvula de admisión.
    • Tiempo 2. Compresión; sube el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo la mezcla de aire y gasolina.
    • Tiempo 3. Explosión; salta la chispa en la bujía provocando la explosión de la mezcla que empuja al pistón en su descenso, es la generación del par motor. Al final de la explosión, con el pistón en el punto muerto inferior, aún hay una temperatura de los gases quemados bastante elevada.
    • Tiempo 4. Escape; al subir el pistón abre la válvula de escape empujando los gases quemados al exterior a muy alta temperatura.

 

Particularidades del motor de 4 tiempos de gasolina;

    • Los gases de escape salen muy calientes del cilindro y el calor es energía.
    • El catalizador y la/s sonda/s de oxígeno o lambda reducen la contaminación (hidrocarburos no quemados HC, monóxido de carbono CO y óxidos de nitrógeno NOX), y los silenciadores el ruido del motor.
    • Con inyección directa (inyector después de la válvula de admisión) en el tiempo 1 de admisión entra al cilindro solo aire, se verá en el motor de gasolina de 6 tiempos, que también puede funcionar con inyección indirecta como el que hemos visto.

Al final de escape se repite el ciclo de funcionamiento del motor de gasolina; 1. Admisión, 2. Compresión, 3. Explosión y 4. Escape.

Los 4 tiempos del motor diésel

En el motor diésel los 4 tiempos tienen ciertas diferencias con relación al de gasolina, veámoslo;

    • Tiempo 1. Admisión; al descender el pistón con la válvula de admisión abierta aspira aire solamente a través del filtro.
    • Tiempo 2. Compresión; sube el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo el aire lo que hace aumentar su temperatura.
    • Tiempo 3. Combustión; sobre el aire muy caliente se inyecta el gasóleo que se auto inflama por contacto con el oxígeno del aire, empujando al pistón que desciende, es la generación del par motor. Las primeras gotas de gasóleo producen partículas de hollín que pueden no quemarse completamente. Como el motor diésel funciona con exceso de aire, si sobra oxígeno que no ha intervenido en la combustión se inicia su reacción por la alta temperatura con el nitrógeno, produciendo óxidos de nitrógeno durante su salida del cilindro en el tiempo siguiente (el aire se compone de nitrógeno y oxígeno). Los gases al final de la combustión siguen muy calientes.
    • Tiempo 4. Escape; sube el pistón con la válvula de escape abierta empujando los gases al exterior, que salen muy calientes. Se emiten las partículas que no se hayan podido quemar, así como los óxidos de nitrógeno que se van produciendo por la elevada temperatura de combustión durante la salida de los gases.

 

Particularidades del motor diésel de 4 tiempos;

    • Si quedan partículas se queman en el filtro antipartículas (FAP) en la línea de escape.
    • Se reduce la generación de óxidos de nitrógeno con la recirculación de gases de escape (EGR) y el exceso se neutraliza en el catalizador de reducción selectiva (SCR) en la línea de escape.
    • El catalizador de dos funciones neutraliza el resto de gases contaminantes (hidrocarburos no quemados HC y monóxido de carbono CO).
    • Los gases de escape salen a elevada temperatura y el calor es energía.

Al final de escape se repite el ciclo de funcionamiento del motor diésel; 1. Admisión, 2. Compresión, 3. Combustión y 4. Escape.

Motor diésel de 6 tiempos con dos inyecciones de gasóleo

Llegamos al primer motor objeto de este artículo, motor diésel de 6 tiempos con dos inyecciones de gasóleo, así funciona;

    • Tiempo 1. Admisión; al descender el pistón con la válvula de admisión abierta aspira aire a través del filtro.
    • Tiempo 2. 1ª Compresión; sube el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo el aire aumentando su temperatura.
    • Tiempo 3. 1ª Combustión; sobre el aire muy caliente se hace la primera inyección de gasóleo que se auto inflama empujando al pistón, par motor. Pueden quedar partículas sin quemar. Sobra oxígeno y se preparan las condiciones para la generación de óxidos de nitrógeno por la alta temperatura.
    • Tiempo 4. 2ª Compresión; sube el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo los gases quemados en la primera combustión, puede haber partículas no quemadas completamente y oxígeno sobrante que llegaría a producir óxidos de nitrógeno.
    • Tiempo 5. 2ª Combustión; se produce la 2ª inyección de gasóleo que se auto inflama rápidamente por la elevada temperatura, consumiendo en el proceso oxígeno y empujando al pistón, más par motor. La alta temperatura resultante quema las partículas residuales, proceso que consume también oxígeno y evitando que se produzcan óxidos de nitrógeno.
    • Tiempo 6. Escape; abre la válvula de escape y sube de el pistón empujando los gases al exterior, sin partículas ni óxidos de nitrógeno, o con bastante menos cantidad de ambos contaminantes.

 

Particularidades del motor diésel de 6 tiempos con dos inyecciones de gasóleo;

    • El dosado (proporción de la mezcla) es casi estequiometrico (15 gramos de aire por cada gramo de gasóleo) sumando las dos inyecciones.
    • Hay más tiempo para quemar (oxidar) las partículas y consumir el oxígeno evitando la generación o emisión de óxidos de nitrógeno (dos combustiones), lo que supone menos contaminación.
    • El par y potencia resultantes son similares que con el motor diésel de 4 tiempos, pudiendo ser algo mayores según sean los objetivos.

Al final de escape se repite el ciclo de funcionamiento de este motor diésel; 1. Admisión, 2. 1ª Compresión, 3. 1ª Combustión, 4. 2ª Compresión, 5. 2ª Combustión y 6. Escape.

Motor diésel de 6 tiempos con inyección de agua

Otra posibilidad del motor diésel de 6 tiempos sería con inyección complementaria de agua, este es el ciclo de funcionamiento;

    • Tiempo 1. Admisión; al bajar el pistón con la válvula de admisión abierta aspira solamente aire a través del filtro.
    • Tiempo 2. 1ª Compresión; sube el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo el aire y aumentando su temperatura.
    • Tiempo 3. Combustión y escape parcial; sobre el aire muy caliente se hace la inyección de gasóleo que se auto inflama empujando al pistón, par motor. Pueden quedar partículas sin quemar y sobrar oxígeno que pueda llegar a generar óxidos de nitrógeno. Al final de la combustión se abre durante un breve instante la válvula de escape reduciendo algo la presión pero manteniendo la temperatura muy alta.
    • Tiempo 4. 2ª Compresión; sube de el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo los gases quemados, puede haber restos de partículas y comenzar a producirse óxidos de nitrógeno. La temperatura al comprimirse los gases aumenta más.
    • Tiempo 5. Expansión; se produce inyección de agua en el cilindro, la alta temperatura hace que pase a estado de vapor aumentando mucho la presión que produce expansión sobre el pistón, segunda generación de par motor. Pueden quedar restos de partículas, los óxidos de nitrógeno no se llegan a producir por la disminución de temperatura al vaporizarse el agua.
    • Tiempo 6. Escape; el pistón sube con la válvula de escape abierta empujando hacia el exterior a los gases quemados, a menor temperatura y con vapor de agua, también puede emitirse cierta cantidad de partículas.

 

Particularidades del motor diésel de 6 tiempos con inyección de agua;

    • El agua inyectada ha de ser destilada y ha de ser compatible el aceite de lubricación.
    • Se produce mucha condensación de agua en el escape, lo que requiere adaptar los materiales.
    • El control de las válvulas ha de ser electroneumático, electrohidráulico o electromagnético, en este caso sin árbol de levas (“camless”).
    • Si se emiten partículas se queman en el filtro antipartículas.
    • No debe haber óxidos de nitrógeno en el escape, y si se produce alguna pequeña cantidad se neutralizan con la EGR y SCR (si se considera necesario su inclusión).
    • El par y la potencia del motor es similar al de 4 tiempos con menos consumo de gasóleo, aunque se pueden lograr valores más altos según sean los objetivos.

Al final de escape se repite el ciclo de funcionamiento de este motor diésel; 1. Admisión, 2. 1ª Compresión 3. Combustión, 4. 2ª Compresión, 5. Expansión (inyección de agua) y 6. Escape (con vapor de agua).

Motor de gasolina de 6 tiempos con inyección de agua

El motor de gasolina de 6 tiempos también puede utilizar la inyección de agua como hemos visto en el diésel con el mismo número de tiempos, este es su ciclo y se ha elegido un motor con inyección directa de gasolina (inyector después de la válvula de admisión);

    • Tiempo 1. Admisión; con inyección directa entra al cilindro al descender el pistón con la válvula de admisión abierta solamente aire a través del filtro.
    • Tiempo 2. 1ª Compresión; sube el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo el aire y durante el ascenso se inyecta la gasolina.
    • Tiempo 3. Explosión y escape parcial; salta la chispa en la bujía provocando la explosión de la mezcla aire – gasolina que empuja al pistón en su descenso, par motor. Al final de la explosión abre durante un breve instante la válvula de escape disminuyendo ligeramente la presión pero manteniendo la temperatura muy alta.
    • Tiempo 4. 2ª Compresión; sube de el pistón con las válvulas cerradas comprimiendo los gases quemados. La temperatura aumenta al comprimirse los gases.
    • Tiempo 5. Expansión; se produce inyección de agua en el cilindro, la alta temperatura hace que pase a estado de vapor aumentando mucho la presión que produce expansión sobre el pistón, segunda generación de par motor.
    • Tiempo 6. Escape; con la válvula de escape abierta salen al exterior los gases quemados a menor temperatura que contienen vapor de agua.

 

Particularidades del motor de gasolina de 6 tiempos con inyección de agua;

    • Se ha de inyectar agua destilada y el aceite ha de ser compatible.
    • Se produce mucha condensación de agua en el escape que ha de ser tenida en cuenta al seleccionar los materiales.
    • El control de las válvulas ha de ser electroneumático, electrohidráulico o electromagnético, en este caso sin árbol de levas (“camless”).
    • Este motor de gasolina también puede funcionar con inyección indirecta.
    • El catalizador y las sondas lambda o de oxígeno reducen los gases contaminantes.
    • El par y potencia son más o menos como en el motor de 4 tiempos, consumiendo menos gasolina. Se puede obtener más par y potencia en función de los objetivos buscados.

 

Enlaces de interés

En el blog

    • En esta sección “Nuevas tecnologías”; “Consumo del motor térmico”, “Common rail en el motor diésel” y “Motor camless (sin árbol de levas)”
    • En la sección “Historia del automóvil”; “NSU Ro80 (Motor rotativo Wankel vídeos 4 y 6)” y “Saab 92 a 96 (motor de 2 tiempos vídeo 3)”
    • En la sección “Tecnologías limpias”; “Contaminación de los motores de gasolina y diésel”, “Ciclo Atkinson (motor de gasolina de 5 tiempos)”, “Combustión HCCI”, “Resonancia en colectores”, “ Distribución de fase variable”, “Ciclo Miller”, “El motor de combustión de hidrógeno”, “El filtro antipartículas (FAP) en el motor diésel”, “El catalizador SCR en el motor diésel” y “La EGR en el motor diésel”
    • En la sección “Tecnología del automóvil”; “Motor de gasolina“
    • En la sección “Curso de tecnología básico”; “1.6.1. Motor de gasolina”
    • En la sección “Actualidad”; “Inyección indirecta y directa en el motor de gasolina”

Otros enlaces

    • Motor de 6 tiempos (Artículo de Jesús Casanova Kindelán, catedrático de la ETSII de Madrid, en boletín de ASEPA);

http://www.asepa.es/images/pdf/boletin/2015/b-2015-09-1.pdf

 

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9 comentarios

  1. Una pregunta ,se puede realizar un dos tiempos a válvulas,para que nos entendamos, mismas vueltas árbol de levas y cigüeñal, y que entre aire,por ejemplo por compresor eléctrico. Gracias de antemano

    • Los motores de dos tiempos con válvulas se utilizan en barcos, son diésel de gran cilindrada, giran a bajas RPM y tienen sobrealimentación para facilitar el barrido de gases de escape y el llenado. En el automóvil ha habido intentos de utilizar el motor de dos tiempos más o menos recientemente, sin y con válvulas, pero parece ser que los gases contaminantes son una dificultad compleja de solucionar. En este enlace tienes información, incluido el intento de Ford con la empresa Orbital de aplicar un dos tiempos, en este caso sin válvulas, en su gama, que no llegó a cuajar;
      http://m.forocoches.com/foro/showthread.php?t=847793
      Saludos

  2. esta mal el motor no combustione petete

  3. me gustaría saber si en un motor de cuatro tiempos y 5 ó 6 cilindros hay algún tiempo en que coincidan dos explosiones simultáneamente.

    • No coinciden nunca a la vez dos explosiones. En un motor de cuatro tiempos de 5 cilindros en línea (lo hay en V estrecha) se producen las explosiones cada 144º de giro del cigüeñal y con 6 en línea cada 120º. El objetivo es distribuir las explosiones de forma equilibrada para que se generen las menores vibraciones posibles, que se compensan con el volante motor. Los artículos siguientes te pueden interesar sobre este tema; en la sección «Actualidad» publicado el 5.05.2017 «Árboles de equilibrado del motor», y en la sección «Curso de tecnología básico» y publicado el 27.05.2015 «Disposición y número de cilindros».

  4. buenos días reciban un saludo cordial de mi parte, debo decirles que es muy importante todos sus artículos los felicito y estaré al tanto de sus artículos.

    Att.

    Marco Mensias

  5. Joaquin Pablo Jorge Leon

    muy bien por los motores de 6 tiempos si pueden profundizar un poco mas saludos Joaquin

    • Actualmente no sé si se sigue investigando sobre este motor. También se trató de estudiar la viabilidad de implantar en el automóvil el motor de dos tiempos por su mejor rendimiento, pero parece que se desestimó por exceso de contaminación. Para saber más sobre el tema que te interesa habría que «entrar» en las empresas que lo han investigado. En el artículo se da el enlace a la revista del INSIA /ASEPA que informa de una conferencia sobre el tema de Jesús Casanova Kindelan, catedrático de la ETSII de Madrid. En la intensa búsqueda de alternativas menos contaminantes no creo que se siga investigando en evoluciones costosas para motores térmicos, se trata de reducir su contaminación y complementar con ayudas eléctricas/electrónicas. Eta es la situación actual y a algo más largo plazo tal vez llegue la pila de combustible de hidrógeno.

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