Desde que se inventaron los motores de combustión interna alternativos (MCIA) han sido muchos los tipos o variantes que se han desarrollado con el fin de mejorar el rendimiento de dichos motores.
Los motores de combustión interna alternativos se pueden clasificar de muchas formas diferentes: en función del número de cilindros, del tipo de ciclo que desarrolla, de la posición de los cilindros…
En este artículo, nos vamos a centrar, dentro de los motores de encendido provocado (gasolina), en diferenciar 3 ciclos muy comunes en los automóviles actuales donde los motores son de 4 tiempos generalmente: Ciclo Otto, Ciclo Atkinson y Ciclo Miller.
En primer lugar, vamos a ver como funciona un motor de encendido provocado de Ciclo Otto (4 tiempos).
El objetivo de dichos motores es transformar energía química en energía mecánica, el proceso para conseguir esto se divide en 4 fases:
- 1ª Fase o Admisión: en esta fase el pistón desciende por el cilindro desde el punto muerto superior (PMS) hasta el punto muerto inferior (PMI) llenando el cilindro de mezcla.
- 2ª Fase o Compresión: aquí el pistón se desplaza desde el PMI hasta el PMS comprimiendo la mezcla. Una vez que el pistón se encuentra cerca del PMS y que la mezcla está lo suficientemente comprimida se produce la ignición de esta por medio de una chispa que produce un agente externo (bujía).
- 3ª Fase o Expansión: la fuerza de la explosión que se produce en la fase anterior hace que el pistón vuelva a pasar del PMS al PMI produciendo, de esta forma, energía mecánica.
- 4ª Fase o Escape: finalmente los gases producto de la combustión se expulsan en esta fase a medida que el pistón vuelve a pasar del PMI al PMS.
Para que este proceso se realice de manera efectiva debe existir una sincronización entre la apertura y el cierre de válvulas.
Veamos como actúan las válvulas en un Ciclo Otto según las fases distintas fases:
- 1ª Fase: se abre la válvula de admisión dando paso a la mezcla. La válvula de escape permanece cerrada.
- 2ª Fase: se cierra la válvula de admisión. La válvula de escape permanece cerrada.
- 3ª Fase: las dos válvulas permanecen cerradas.
- 4ª Fase: se abre la válvula de escape dando salida a los gases quemados de la combustión.
Sin embargo, las válvulas no se abren y se cierran instantáneamente sino que les lleva un cierto tiempo. Para disminuir el efecto de este tiempo al máximo y aprovechar la inercia de los gases las válvulas de admisión y escape se abren y cierran con determinados adelantos y retrasos.
Las válvulas de admisión se abren un poco antes de que el pistón comience el descenso hacia el PMI y se cierran poco tiempo después de que comience el ascenso hacia el PMS.
De la misma forma, las válvulas de escape se abren un poco antes de que el pistón comience el ascenso hacia el PMS y se cierran poco tiempo después de que comience el descenso hacia el PMI.
Hasta aquí, el funcionamiento básico del Ciclo Otto en motores de 4 tiempos. Una vez dicho veamos que diferencias existen con respecto a los motores con Ciclo Miller y Ciclo Atkinson.
Ciclo Atkinson:
El Ciclo Atkinson es muy similar al Ciclo Otto explicado anteriormente, la única diferencia la encontramos en la fase de compresión. Aquí, en los motores con Ciclo Atkinson la válvula de admisión permanece abierta durante más tiempo en el recorrido del pistón hacia el PMS.
Hemos hablado anteriormente que las válvulas de admisión se cerraban poco tiempo después de que comience el movimiento ascendente, en los motores Atkinson este tiempo se prolonga aún más.
Ciclo Miller:
Los motores que funcionan con Ciclo Miller son exactamente iguales que los motores Atkinson, la única diferencia esta en que aquí se añade la sobrealimentación.
Los motores con Ciclo Atkinson o Ciclo Miller presentan varias ventajas/desventajas con respecto a los motores Otto.
Como ventaja principal estos motores presentan mayor eficiencia y, por tanto, consumos menores.
Sin embargo, al reducir la compresión en el cilindro se reduce el par motor y, consecuentemente, la potencia. En los motores con Ciclo Miller el problema de la potencia queda solucionado en parte gracias a la sobrealimentación.
Actualmente, estos motores se usan sobretodo en vehículos híbridos donde el problema del par motor queda subsanado gracias a los motores eléctricos. Dos modelos muy comunes que utilizan motor con Ciclo Atikinson son el Toyota Prius y el Toyota Auris.
