Ciclos de funcionamiento
Hay varios ciclos de funcionamiento en uso: 1. Cuatro tiempos 2. Dos tiempos 3. Rotativo 4. Diésel
Ciclo de cuatro tiempos
La gran mayoría de los motores alternativos de aeronaves certificados operan en el ciclo de cuatro tiempos, a veces llamado ciclo Otto en honor a su creador, un físico alemán. El motor de ciclo de cuatro tiempos tiene muchas ventajas para su uso en aeronaves. Una ventaja es que se presta fácilmente a un alto rendimiento a través de la sobrealimentación.
En este tipo de motor, se requieren cuatro tiempos para completar la serie requerida de eventos o ciclo de operación de cada cilindro. Se requieren dos vueltas completas del cigüeñal (720°) para los cuatro tiempos; así, cada cilindro de un motor de este tipo dispara una vez cada dos revoluciones del cigüeñal. En la siguiente discusión sobre el funcionamiento del motor de ciclo de cuatro tiempos, tenga en cuenta que la sincronización del encendido y los eventos de la válvula varían considerablemente en diferentes motores. Muchos factores influyen en la sincronización de un motor específico, y es muy importante que se sigan las recomendaciones del fabricante del motor a este respecto en el mantenimiento y la revisión. La sincronización de los eventos de válvula y encendido siempre se especifica en grados de recorrido del cigüeñal. Debe recordarse que se requiere una cierta cantidad de recorrido del cigüeñal para abrir completamente una válvula; por lo tanto, la sincronización especificada representa el comienzo de la apertura en lugar de la posición de apertura total de la válvula. En la figura se puede ver un ejemplo de tabla de sincronización de válvulas.
Carrera de admisión
Durante la carrera de admisión, el pistón es empujado hacia abajo en el cilindro por la rotación del cigüeñal. Esto reduce la presión en el cilindro y hace que el aire a presión atmosférica fluya a través del carburador, que mide la cantidad correcta de combustible. La mezcla de aire y combustible pasa a través de los tubos de admisión y las válvulas de admisión a los cilindros. La cantidad o el peso de la carga de aire/combustible depende del grado de apertura del acelerador.
La válvula de admisión se abre considerablemente antes de que el pistón alcance el TDC en la carrera de escape, para inducir una mayor cantidad de carga de aire/combustible en el cilindro y así aumentar la potencia. Sin embargo, la distancia a la que se puede abrir la válvula antes del PMS está limitada por varios factores, como la posibilidad de que los gases calientes que quedan en el cilindro del ciclo anterior regresen al tubo de admisión y al sistema de inducción.
En todos los motores de aviones de alta potencia, tanto la válvula de admisión como la de escape están fuera de los asientos de válvula en el PMS al comienzo de la carrera de admisión. Como se mencionó anteriormente, la válvula de admisión se abre antes del PMS en la carrera de escape (avance de la válvula), y el cierre de la válvula de escape se retrasa considerablemente después de que el pistón ha pasado el PMS y ha comenzado la carrera de admisión (retraso de la válvula). Esta sincronización se denomina superposición de válvulas y está diseñada para ayudar a enfriar el cilindro internamente mediante la circulación de la mezcla de aire/combustible entrante fría, para aumentar la cantidad de mezcla de aire/combustible inducida en el cilindro y para ayudar a eliminar los subproductos de la combustión. del cilindro.
La válvula de admisión está sincronizada para cerrar entre 50° y 75° después del BDC en la carrera de compresión, dependiendo del motor específico, para permitir que el impulso de los gases entrantes cargue el cilindro de manera más completa. Debido al volumen comparativamente grande del cilindro sobre el pistón cuando el pistón está cerca de BDC, el ligero movimiento ascendente del pistón durante este tiempo no tiene un gran efecto sobre el flujo de gases entrante. Esta sincronización tardía puede llevarse demasiado lejos porque los gases pueden ser forzados a regresar a través de la válvula de admisión y anular el propósito del cierre tardío.
Carrera de compresión
Una vez que se cierra la válvula de admisión, el recorrido ascendente continuo del pistón comprime la mezcla de aire y combustible para obtener las características deseadas de combustión y expansión.
La carga se dispara por medio de una chispa eléctrica cuando el pistón se acerca al PMS. El tiempo de encendido varía de 20° a 35° antes del TDC, según los requisitos del motor específico para garantizar la combustión completa de la carga en el momento en que el pistón haya pasado ligeramente la posición TDC.
Muchos factores afectan el tiempo de encendido y el fabricante del motor ha invertido un tiempo considerable en investigación y pruebas para determinar la mejor configuración. Todos los motores incorporan dispositivos para ajustar el tiempo de encendido, y es muy importante que el sistema de encendido esté sincronizado de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del motor.
Golpe de potencia - Power Stroke
A medida que el pistón se mueve a través de la posición TDC al final de la carrera de compresión y comienza a descender en la carrera de potencia, es empujado hacia abajo por la rápida expansión de los gases que se queman dentro de la culata con una fuerza que puede ser mayor a 15 toneladas ( 30.000 psi) a la máxima potencia de salida del motor.
La temperatura de estos gases ardientes puede estar entre 3000° y 4000 °F. A medida que el pistón es empujado hacia abajo durante la carrera de potencia por la presión de los gases quemados que se ejercen sobre él, el movimiento hacia abajo de la biela cambia a un movimiento giratorio por el cigüeñal.
Luego, el movimiento giratorio se transmite al eje de la hélice para impulsar la hélice. A medida que se expanden los gases quemados, la temperatura cae dentro de los límites seguros antes de que los gases de escape fluyan a través del puerto de escape.
La temporización de la apertura de la válvula de escape está determinada, entre otras consideraciones, por la conveniencia de utilizar la mayor fuerza expansiva posible y de barrer el cilindro tan completa y rápidamente como sea posible. La válvula se abre considerablemente antes del BDC en la carrera de potencia (en algunos motores a 50° y 75° antes del BDC) mientras todavía hay algo de presión en el cilindro.
Este tiempo se usa para que la presión pueda forzar a los gases a salir del puerto de escape lo antes posible. Este proceso libera al cilindro del calor residual después de obtener la expansión deseada y evita el sobrecalentamiento del cilindro y del pistón. La limpieza minuciosa es muy importante, porque los productos de escape que quedan en el cilindro diluyen la carga de aire/combustible entrante al comienzo del siguiente ciclo.
Carrera de escape
A medida que el pistón viaja a través de BDC al completar la carrera de potencia y comienza a subir en la carrera de escape, comienza a empujar los gases de escape quemados fuera del puerto de escape. La velocidad de los gases de escape que salen del cilindro crea una baja presión en el cilindro.
Esta presión baja o reducida acelera el flujo de la carga de aire/combustible fresco hacia el cilindro a medida que la válvula de admisión comienza a abrirse. La apertura de la válvula de admisión está programada para que ocurra de 8° a 55° antes del TDC en la carrera de escape en varios motores.
Ciclo de dos tiempos
El motor de ciclo de dos tiempos ha resurgido y se utiliza en aviones ultraligeros, deportivos ligeros y muchos aviones experimentales.
Como su nombre lo indica, los motores de ciclo de dos tiempos requieren solo una carrera ascendente y una carrera descendente del pistón para completar la serie requerida de eventos en el cilindro. Así, el motor completa el ciclo de funcionamiento en una revolución del cigüeñal.
Las funciones de admisión y escape se realizan durante la misma carrera. Estos motores pueden ser enfriados por aire o agua y generalmente requieren una carcasa de reducción de engranajes entre el motor y la hélice.
ciclo rotatorio
El ciclo rotatorio tiene un rotor de tres lados que gira dentro de una carcasa elíptica, completando tres de los cuatro ciclos por cada revolución. Estos motores pueden ser de un solo rotor o de múltiples rotores y pueden ser enfriados por aire o por agua.
Se utilizan principalmente con aviones experimentales y ligeros. Las características de vibración también son muy bajas para este tipo de motor.
Ciclo Diésel
El ciclo diesel depende de altas presiones de compresión para permitir el encendido de la carga de aire/combustible en el cilindro.
A medida que se aspira aire en el cilindro, se comprime mediante un pistón y, a la máxima presión, se rocía combustible en el cilindro. En este punto, la alta presión y temperatura en el cilindro hace que el combustible se queme aumentando la presión interna del cilindro.
Esto impulsa el pistón hacia abajo, girando o impulsando el cigüeñal. Los motores refrigerados por agua y aire que pueden funcionar con combustible JET A (queroseno) utilizan una versión del ciclo diésel. Hay muchos tipos de ciclos diésel en uso, incluidos los diésel de dos y cuatro tiempos.