Como bien sabéis, el motor de gasolina (ciclo Otto) es de cuatro tiempos, aunque hay una versión de dos tiempos. Antes de proseguir hay que hacer una pequeña justicia histórica, y es que este ciclo fue inventado por el francés Alphonse Beau de Rochas en 1862, Otto lo inventó más tarde pero se llevó la fama.
En 1882 James Atkinson diseñó un motor basado en el de ciclo Otto, se diseñó para saltarse la patente que protegía al motor de cuatro tiempos. No pasó de ser una anécdota histórica, pero el ciclo en el que se basa se ha rescatado en los últimos años para los híbridos.
El ciclo Atkinson es más eficiente, ya que consigue relaciones más altas de compresión. La gasolina, cuando se encuentra muy comprimida tiende a detonar antes, lo cual no interesa. Pero si se logra una alta relación de compresión, el rendimiento termodinámico es superior.
Los motores con mayores relaciones de compresión necesitan gasolina con un octanaje superior. El índice RON no habla del poder detonante de la gasolina, sino al revés, su poder antidetonante. ¿Cómo consigue Atkinson que aumente la relación de compresión, pero evitando que la gasolina RON 95 detone antes de tiempo?
Es más fácil de lo que pensáis, basta con retrasar el cierre de las válvulas de admisión, permitiendo un pequeño reflujo de gases que vuelve al colector de admisión mientras asciende el pistón, permitiendo una relación de compresión superior. Estas válvulas controlan la cantidad de gases en el cilindro y la duración de la carrera de compresión. Podemos considerarlo como un cinco tiempos.
Dicho de otra manera, la carrera de compresión dura menos que la carrera de expansión. Todo esto nos sirve para aprovechar mejor la energía liberada durante la explosión de la gasolina. Como hay una menor mezcla en el cilindro, la potencia es inferior al de un motor Otto de la misma cilindrada, pero la eficiencia termodinámica del Atkinson es más alta: gastan menos.
Como los Atkinson gastan menos y dan menos potencia, son motores idóneos para aplicaciones híbridas. El motor eléctrico aporta la potencia que falta, y así combinan una entrega de potencia buena con un consumo realmente bajo. Ahora vamos a ver tres ejemplos de vehículos actuales que usan este sistema:
- 2009 Ford Escape Hybrid: 2.5 153 CV, 7,84 l/100 km (autovía), relación de compresión 12,3:1
- Toyota Prius II: 1.5 78 CV, potencia combinada híbrida 115 CV, 4,3 l/100 km, relación de compresión 13:1
- Toyota Prius III: 1.8 98 CV, potencia combinada híbrida 134 CV, consumo inferior a 4,3 l/100 km
Los híbridos procuran que el motor Atkinson gire a su régimen más eficiente, y el exceso de potencia generada se almacena en las baterías. Esto supone un menor consumo que si se utilizase el motor Atkinson en regímenes en los que no consigue la misma eficiencia termodinámica.
Y para los ingenieros…
Este es el diagrama presión-volumen del ciclo Atkinson. Se produce un mayor aporte de calor a volumen constante en Qp y otro en Qp‘, mientras que el calor residual cedido por los gases de escape se descompone en Qo y Qo‘.
Si el ciclo Otto si se dieseliza un poco, nos da el ciclo Atkinson. Basta con ver las analogías: más relación de compresión, mayor rendimiento termodinámico, menor potencia. ¿Por qué no utilizar los Atkinson de manera masiva? Pues es una buena pregunta que no sabría responder.
Enlace | Animación de un motor Atkinson
Fuente | Nuevos combustibles y tecnologías de propulsión (ISBN 978-84-612-2622-1), Wikipedia
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Uf, los tengo hasta en la sopa los gráficos presión/volumen…
muy interesante post, sinceramente no conocia la diferencia de este sistema con el tradicional, muchas gracias
Y como lo aplican a un eléctrico :P ijijijiji
Ya en serio es una buena propuesta pero las armadoras tendrán sus razones para no hacerlo masivo.
Cierto, porque no producir este tipo de tecnología masivamente? la pregunta que rebuzna la torpe respuesta es: ¿hasta que punto los fabricantes ,están dispuestos a utilizar este sistema?¿ que inversión supondría ,en caso de que decidieran los fabricantes ,decantarse por Atkinson?
La razón de que no se use masivamente creo que es evidente: los híbridos están entrando en el mercado poco a poco. Y mucha gente es muy reticente a eso de "un motor eléctrico y otro de combustión que funcionan a la vez", más las baterías y su recarga.
Y en caso de hipotéticos coches con solo motor de combustión de ciclo Atkinson… pues ya lo dice Javier: son más eficientes, pero rinden menos potencia. Supongo que el par también es inferior.
Aparte de pensar que en un coche con sólo motor de combustión Atkinson… igual la fiabilidad y vida útil de ese motor no es la misma. Ésto último es una suposición mía, porque digo yo que los fabricantes antes de empezar a sacar mejores sistemas de inyección, y motores más eficientes de menor cilindrada y turbo pues habrán estudiado diversas opciones.
Buen y curioso post Javier. :)
A ver cuánto tiempo tardan en "cortar" el ciclo que lleva la rueda comercial, de los motores conocidos sólamente para carburante, y a remontar la fabricación de los hibridos-electricos,como estándar. Los fabricantes ,van sacando ases de la manga, pero el usuario, en parte,es el que decide que comprar, hasta que las opciones aminoren.
basicamente supongo que sera por la premisa del mundo del automovil, la misma razon por la cual existen los modelos deportivos, lo que se busca es la potencia, no el ahorro en combustible, entonces este modelo sencillamente no entraba en su mentalidad, ahora mismo el panorama esta cambiando, la gente busca mas eficiencia que eficacia, y esto se transforma en la nueva apuesta por este tipo de motores.
Pues siendo ingeniero industrial tampoco puedo aportar mucha cosa a la causa ya que este ciclo es poco conocido. Digamos que se conoce pero se profundiza más bien poco en él. El gráfico PV es casi idéntico al ciclo diesel dual, aunque con una cesión de calor a presión constante en 6-1 (Qo'), que en el ciclo dual se realiza isoentrópicamente, por lo demás exactamente iguales. (Por cierto, según el gráfico, el aporte de calor a volumen constante es Qp y no Qp'). Siempre y cuando la combustión no sea detonante (anormal) el rendimiento del ciclo Otto aumenta al aumentar la relación de compresión y con ello la presión media efectiva. Cuanto mayor relación de compresión mayor relación de expansión. Cuanto mayor relación de expansión mayor rendimento térmico. En el ciclo Atkinson la relación de compresión sigue teniendo su límite en la detonación (picado) pero en cambio la de expansión puede aumentar. Como bien explica Javier, si las válvulas de admisión siguen abiertas al comenzar la carrera ascendente del pistón, parte de la carga del cilindro vuelve a salir por donde ha entrado y se aprovecha en el siguiente ciclo. Por eso consumen menos, pero su pme es menor y su rendimiento volumétrico también y por tanto no creo que se justifique su utilización como motor térmico alternativo, ya que para conseguir potencias "altas" sería necesario sobredimensionarlo, en cambio como complemento a un motor eléctrico sí que tiene mucho sentido.
Perdón, se me fue la olla con la prima y su hermana XD Corregido está.
Me ha gustado el Post Javier, es bueno que de vez en cuando nos deis un poco de Mecano-Pasión.
Bastante interasante el post, y aun mejor el link con animaciones de motores, gracias Javier.
Ahora no estoy en casa pero lo mirare con mas calma. Los motores diesel al tener una mayor relacion de compresion transmiten mayores fuerzas al bastidor de la maquina o lo que es lo mismo el bloque del motor. Esto hace que sean mas pesados y soporten mayores esfuerzos a fatiga por ello suelen ser mas pesados y propensos a estropearse por estas causas. Tambien ofrecen mayores pares a menores revoluciones pero estas estan mas limitadas. Por eso este gasolina dieselizado creo que conbina muy bien con un motor electrico dado que este tiene un par constante al arrancar pero en caso de ir solotendria un volumen muy grande y una relacion cilindrada peso bastante bajo.
Saludos!
yo tb estoy hasta las narices de esos graficos no soy ingeniero en electromecanica tambien de estudia de eso y telita…y la verdad tampoco habia oido hablar del ciclo atkinson porque estudiamos mas lo que vamos a ver en la calle pero es muy interesante viendo como se estan poniendo las cosas…
¡Un post buenísimo! Siempre había tenido curiosidad sobre el motor de ciclo Atkinson, pero no conseguía enterarme del todo. Este post me ha ayudado muchísimo.
¡Se echaba de menos un Mecanopasión! A ver si se convierte en costumbre :D
¡Saludos!
Pero eso de retrasar o adelantar cada uno de los ciclos de los cuatro tiempos del motor ya se hace en todos los motores y no es de ahora según tengo entendido. No son exactos los 4 tiempos.
Y a los ingenieros que estais cansados del P-v y del T-h no os entiendo, a mi me pone :D
Pues como ingeniero y aficionao al la mecanica, la explicacion mas logica es que, como la relacion de compresion es relativamente alta, los materiales de los que estan compuestos las partes del motor mostrarian un desgaste mayor.ademas existe un efecto, que en fluido se llama golpe de ariete, que no es mas que las ondas de presion que retornan al cilindro y que es lo que hace que au mente la compresion, son muy dificiles de controlar, cuando ya es dificil en un liquido, es muccho mas en gas, y hacer explsiones controladas sin tener valores especificos de la presion en los cilindros es muy complicao, de hay que sea haga en motores de poca potencia, aunque con esto de la electronica…tiempo al tiempo. Un motor de funcionamiento parecido son los diesel duales, un motor de rendimiento parecido pero con los mismos problemas de control de la explosion son los motores diesel de 2T, usados en motores de cogeneracion.Menuda chapa que acabo de soltar….madre mia….
buenas a todos
soy un estudiante de ciclo mediano y curioseando el post me estoy questionando si en el caso del ciclo atkinson utilizasemos una mezcla estratificada obtendriamos mayor potencia k con la mezcla homogenia y a mas a mas con el ratraso de las valvulas de admision de este ciclo obtendriamos mayor rendimiento k en un ciclo otto
seria correcta mi interpretacion?
Señor Costas, no es usted un novato ya como para permitirse el lujo de hablar en un artículo técnico como este con la poca propiedad con la que lo ha hecho, dando lugar a confusión a profanos y, lo más preocupante de todo, a algunos que se hacen llamar ingenieros industriales y que creen saber de motores porque han aprobado térmica en 2º. De su propia explicación del proceso de admisión, se extrae que LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN NO ES ELEVADA, puesto que el volumen inicial DE AIRE comprimido no es el de la cámara, sino uno menor. La relación que es alta es la de expansión, siendo la característica que distingue a los motores Atkinson de los Diesel el mero hecho de que tienen DIFERENTE RELACIÓN DE COMPRESIÓN Y DE EXPANSIÓN. Si leyera más habitualmente a sus compañeros de km77.com se habría percatado de ese detalle. La próxima vez que quiera escribir "para los ingenieros", haga el favor de documentarse un poco mejor. Un saludo a todos, y que conste que esto es una crítica constructiva, soy un asiduo visitante de esta web.
(Como los atkinson gastan menos y dan menos potencia, son motores idóneos para los híbridos.)
Al producirse una explosión con cada vuelta del cigüeñal frente a las dos vueltas del motor de 4 tiempos, el motor de dos tiempos DESARROLLA MAS POTENCIA PARA UNA MISMA CILINDRADA. Mas no menos. Los motores dos tiempos son mas potentes que los de 4 tiempos. No se usan porque contaminan mas ya que queman aceite. En las motos una 250cc de dos tiempos da tanta potencia como una 450cc de 4 tiempos. Ejemplo: Las 500cc de dos tiempos de Criville, Doohan, etc, daban tanta potencia como las 800cc 4 tiempos de motogp.( otra cosa es que la entrega de potencia fuera muy brusca). Entra en Km 77 e infórmate mejor.
Jaja como os calentáis para decir lo mismo, me ha resultado divertido.
Creo que hay una confusión general con lo que significa relación de compresión. Ésta viene de una fórmula que relacciona el volumen de la cámara de combustión en el punto muerto inferior con el volumen en el punto muerto superior. No se dice nada de si se aprovecha toda esa relacion de compresión realmente o no!
Por tanto, la ficha técnica de un motor de ciclo Atkinson va a enseñar relacciones de compresión altas. Aunque luego la compresión real puede ser igual que en uno de ciclo Otto, esto es por el retraso en el cierre de las válvulas de admisión.
@25, pero con el retraso de las válvulas pretende acercarse lo máximo a la presión idónea sin que se produzca la detonación, por eso el Toyota llava además distribución variable, para que en cada rango de revoluciones obtengamos la máxima eficiencia (mecanicamente posible con este sistema)
Saludos!
[...] Por cierto sigo pensando que los motores hibridos son un fracaso,todavia al motor de 4 tiempos no se le ha exprimido al maximo, acordaos que dentro de un año tendremos motores diesel y Otto que contaminen menos ke un hibrido…
Procedo a eliminar los comentarios que sobran en esta discusión. Tengo cierto margen en el que permito que haya bronca, pero ese límite se ha sobrepasado aquí, y no quiero más flameos. El que quiera darse por aludido, que lo haga, y que no lo comente.
Cualquier comentario que se salga de lo tolerable será eliminado, y no daré más explicaciones.
Tanto ingeniero discutiendo por tecnicismos y sin embargo solo uno ha dicho que el motor de dos tiempos es mas potente que el de 4 tiempos porque solo da una vuelta de cigüeñal mientras el 4 tiempos tiene que dar dos. El prius utiliza el motor de dos tiempos porque es mas pequeño y mas ligero, mas barato de construir y porque siempre se utiliza con cargas superiores al 80%. El problema de los motores de dos tiempos es su progresividad son demasiado bruscos pero en este coche se resuelve porque siempre funciona como si fuera pisado a fondo o casi. Siempre por encima del 80% (la potencia sobrante se utiliza para cargar el motor electrico) Como bien dice Samsung una 500cc de dos tiempos daba mas de 400cv por litro de cilindrada mientras los mejores 4 tiempos no dan mas de 300cvlitro (F1 y motogp) Postdata no soy ingeniero…
en el caso de mi question expuesta en comentario num 17 hay alguien k pueda decirme si seria correcta mi interpretacion?
@saMSUNG4747 ¿de dónde te sacas que el Prius tiene un motor de dos tiempos? O_o ¿te has leído el post?
Hay gente que sabe, gente que aprende, gente que enseña y gente que más vale que se calle. Por cierto yo llevo 5 años para sacarme una carrera de 3 y a parte de que me importa una mierda seguro que soy más feliz que tú Master & Commander de 8 y medio. Y no te digo que no tengas razón en nada, te lo sabes todo al dedillo pero si quieres enseñar a la gente hazlo con vocación.
Lo siento Javi no me he podido resistir..
Los motores con ciclo 2T tan sólo se usan en ciclomotores, lanchas y otros aparatos con motores de baja cilindrada como sierras mecánicas o compresores. Las emisiones son muy altas debido al cortocircuito y los aceites quemados, por eso es impensable que un coche tan "limpio" como el Prius utilice ete ciclo. De hecho es difícil de imaginar un coche con motor 2T.
pd: Javier siento el esperpento de antes, me avergüenzo de haberme puesto al nivel de un adolescente.
@saMSUNG4747, (un saludo!) Respecto a la animación, decir que el cilindro funciona como un motor de 4 tiempos, pero como se puede ver o leer en la explicación el eje principal o cigüeñal da una vuelta, la clave esta en la conbinación de bielas manivelas que se ven en la animación. Así que no es un dos tiempos como el de una moto. Estos motores como bien sabrás dan muchos problemas de mantenimiento etc, por temas de lubricación. Y no recuerdo exactamente el porque pero en Termo te explican perfectamente porque a los coches no se les monta motores de 2 tiempos pese a ser teoricamente mas eficientes (aparte de lo ya mencionado. Por cierto en cierta animación no se ve el retraso del cierre de las válvulas de admisión ¿no?
@Txema, estoy completamente deacuerdo contigo.
Muy buen post. Gran tarea por parte de motorpasion !! Estos articulos sirven mucho tanto para los que saben mucho como los que no sabemos tanto.
Referente al poco unso de estos motores, por lo que tengo entendido tienen poca "elasticidad" comparados con los de ciclo Otto. Por eso "lo ideal" em hibridos es usar este motor, porque ofrecen poco consumo, pero la falta de elasticidad la a aportan los motores electricos.
8yMedio, se ve que pa perito vales, porque termica se da en las tecnicas,jejejeje, en la superior se da en 4 curso, creo que hay ya se tienen ciertos conocimientos. Ademas no hace falta ser ingeniero paara saber de mecanica, porque hay que decir que cuando sales de la facultad no tienes ni p… idea de nada, y menos de mecanica.
@32, significado de perito segun la RAE: Entendido, experimentado, hábil, práctico en una ciencia o arte.
y en ingeniería industrial Termodinámica y Termodinámica Técnica(parte práctica de la asignatura) se estudia en primero de carrera (cuatrimestral) en Ingeniería Técnica se estudia en segundo (anual) que algo se estudie en primero o segundo no le quita mérito a la asignatura en sí, siendo incluso mas difícil de aprobar estas en primero que en cursos posteriores.
@Javier Costas, así se puede comentar ¿no?
#33 En el plan actual de Industriales la asignatura de termodinámica se estudia en 1º, 2º o en 3º, según la escuela en la que se curse. De todas maneras donde los ingenieros industriales adquieren la mayor parte de conocimientos de motores y las bases de su modelado es en la asignatura de motores térmicos, que se cursa en 4º o 5º. Los ingenieros técnicos la cursan generalente en 3ºen caso de que se estén especializando en mecánica. Pero ¿qué tiene que ver esto con el tema del que estamos hablando?
Porqué no utilizarlo de forma masiva? Porque prefiero mas potencia y me da igual pagarla.
Yo el que quiero que salga a la luz es el motor de compresion variable de saab…
He de decir que creo que no he entendido del todo como funciona (este no es mi tema) pero por lo que he entendido a mi este motor me gusta. Pero me gustaría saber a igualdad de potencia si se consume mas o menos, porque se comenta que pierde potencia y tiene menor consumo, vale, pero si le igualamos la potencia ¿que pasa con el consumo?… buf, me estoy haciendo un lío, hoy estoy muy muy espeso…
37# Ingenieros aparte: En comparación el motor de ciclo atkinson tiene una carrera de compresión más pequeña porque aunque tiene mayor relación de compresión que los de ciclo Otto también es cierto que se deja volver al colector de admisión parte de la masa de gases frescos, luego esa relación de compresión elevada no se aprovecha tanto, luego el motor no da tanta potencia.
A igualdad de potencias consumiría menos el Atkinson, puesto que en lo que se basa es en una carrera "acortada" de admisión respecto a la carrera de combustión. Digamos que es un motor que "desaprovecha" parte de la carrera de compresión para disfrutar de una carrera de combustión más larga.
En cuanto al machine de los 2 tiempos:
Fua tio, eres mi ídolo neng. Ahora mismo voy a ponerle un motor de 2 tiempos carburación a mi coche, no se como no lo había visto antes!
Manke la verdad es que con un motor de dos tiempos y un escape recortado los prius serían la puta risa. Un coche prácticamente silencioso que de repente se pone a hacer petepetpetpetpetpetpet
Habría que estudiarlo
30 Juri. Gracias por la aclaración me he equivocado de cojones.