Un acelerador es un mecanismo mediante el cual se controla el flujo de fluido mediante constricción u obstrucción.
La potencia de un motor se puede aumentar o disminuir mediante la restricción de los gases de entrada (mediante el uso de un acelerador), pero por lo general se reduce. El término acelerador ha llegado a referirse, informalmente, a cualquier mecanismo mediante el cual se regula la potencia o la velocidad de un motor, como el pedal del acelerador de un automóvil. Lo que a menudo se denomina acelerador (en un contexto de aviación) también se denomina palanca de empuje , en particular para aviones propulsados por motores a reacción . En una locomotora de vapor , la válvula que controla el vapor se conoce como regulador .
En un motor de combustión interna , el acelerador es un medio para controlar la potencia del motor al regular la cantidad de combustible o aire que ingresa al motor. En un vehículo de motor, el control que utiliza el conductor para regular la potencia a veces se denomina acelerador o pedal del acelerador . En un motor de gasolina, el acelerador regula más comúnmente la cantidad de aire y combustible que se permite ingresar al motor. Sin embargo, en un motor de inyección directa de gasolina , el acelerador regula solo la cantidad de aire que se permite ingresar al motor. El acelerador de un motor diésel, cuando está presente, regula el flujo de aire hacia el motor.
Históricamente, el pedal o palanca del acelerador actúa mediante un enlace mecánico directo . La válvula de mariposa del acelerador se acciona mediante un brazo, cargado por un resorte. Este brazo suele estar directamente vinculado al cable del acelerador y funciona en función del conductor, que lo pisa. Cuanto más se presiona el pedal, más se abre la válvula del acelerador.
Los motores modernos de ambos tipos (gasolina y diésel) suelen ser sistemas de accionamiento por cable , en los que los sensores supervisan los controles del conductor y, en respuesta, un sistema informático controla el flujo de combustible y aire. Esto significa que el operador no tiene control directo sobre el flujo de combustible y aire; la unidad de control del motor (ECU) puede lograr un mejor control para reducir las emisiones , maximizar el rendimiento y ajustar el ralentí del motor para que un motor frío se caliente más rápido o para tener en cuenta las posibles cargas adicionales del motor, como el funcionamiento de los compresores del aire acondicionado para evitar que el motor se cale.
El acelerador de un motor de gasolina es normalmente una válvula de mariposa . En un motor de inyección de combustible , la válvula del acelerador se coloca en la entrada del colector de admisión o se aloja en el cuerpo del acelerador . En un motor con carburador, se encuentra en el carburador. Cuando el acelerador está completamente abierto , el colector de admisión suele estar a presión atmosférica ambiente. Cuando el acelerador está parcialmente cerrado, se desarrolla un vacío en el colector a medida que la admisión cae por debajo de la presión ambiente.
La potencia de salida de un motor diésel se controla regulando la cantidad de combustible que se inyecta en el cilindro. Debido a que los motores diésel no necesitan controlar los volúmenes de aire, generalmente carecen de una válvula de mariposa en el tracto de admisión. Una excepción a esta generalización son los motores diésel más nuevos que cumplen con estándares de emisiones más estrictos, en los que se utiliza una válvula de este tipo para generar vacío en el colector de admisión, lo que permite la introducción de gases de escape (ver EGR ) para reducir las temperaturas de combustión y, por lo tanto, minimizar la producción de NOx .
En una aeronave con motor alternativo , el control del acelerador suele ser una palanca o perilla operada manualmente. Controla la potencia de salida del motor, que puede reflejarse o no en un cambio de RPM, dependiendo de la instalación de la hélice (paso fijo o velocidad constante ). [1]
Algunos motores de combustión interna modernos no utilizan un acelerador tradicional, sino que confían en su sistema de sincronización variable de válvulas de admisión para regular el flujo de aire hacia los cilindros, aunque el resultado es el mismo, aunque con menos pérdidas de bombeo.
En los motores con inyección de combustible , el cuerpo del acelerador es la parte del sistema de admisión de aire que controla la cantidad de aire que fluye hacia el motor, en respuesta a la entrada del pedal del acelerador del conductor en la línea principal. El cuerpo del acelerador generalmente se encuentra entre la caja del filtro de aire y el colector de admisión , y generalmente está conectado al sensor de flujo de aire masivo o cerca de él. A menudo, también pasa por él una línea de refrigerante del motor para que el motor aspire aire de admisión a una temperatura determinada (la temperatura actual del refrigerante del motor, que la ECU detecta a través del sensor correspondiente ) y, por lo tanto, con una densidad conocida.
La pieza más grande dentro del cuerpo del acelerador es la placa del acelerador, que es una válvula de mariposa que regula el flujo de aire.
En muchos automóviles, el movimiento del pedal del acelerador se comunica a través del cable del acelerador, que está conectado mecánicamente a las conexiones del acelerador, que, a su vez, hacen girar la placa del acelerador. En los automóviles con control electrónico del acelerador (también conocido como "drive-by-wire"), un actuador eléctrico controla las conexiones del acelerador y el pedal del acelerador no se conecta al cuerpo del acelerador, sino a un sensor, que emite una señal proporcional a la posición actual del pedal y la envía a la ECU . Luego, la ECU determina la apertura del acelerador en función de la posición del pedal del acelerador y las entradas de otros sensores del motor, como el sensor de temperatura del refrigerante del motor.
Cuando el conductor presiona el pedal del acelerador, la placa del acelerador gira dentro del cuerpo del acelerador, abriendo el paso del acelerador para permitir que entre más aire en el colector de admisión, que es inmediatamente aspirado por su vacío. Por lo general, un sensor de flujo de aire masivo mide este cambio y lo comunica a la ECU. La ECU luego aumenta la cantidad de combustible inyectado por los inyectores para obtener la relación aire-combustible requerida . A menudo, un sensor de posición del acelerador (TPS) está conectado al eje de la placa del acelerador para proporcionar a la ECU información sobre si el acelerador está en la posición de ralentí, en la posición de acelerador completamente abierto (WOT) o en algún lugar entre estos extremos.
Los cuerpos del acelerador también pueden contener válvulas y ajustes para controlar el flujo de aire mínimo durante el ralentí . Incluso en aquellas unidades que no son " drive-by-wire ", a menudo habrá una pequeña válvula accionada por solenoide , la válvula de control de aire de ralentí (IACV), que la ECU utiliza para controlar la cantidad de aire que puede pasar por alto la abertura principal del acelerador para permitir que el motor funcione al ralentí cuando el acelerador está cerrado.
Los motores con carburador más básicos, como los motores monocilíndricos de las cortadoras de césped Briggs & Stratton , cuentan con una única placa de aceleración pequeña sobre un carburador básico con un único venturi . El acelerador está abierto o cerrado (aunque siempre hay un pequeño orificio u otra derivación para permitir que fluya una pequeña cantidad de aire para que el motor pueda funcionar al ralentí cuando el acelerador está cerrado), o en alguna posición intermedia. Dado que la velocidad del aire es crucial para el funcionamiento de un carburador, para mantener alta la velocidad media del aire, los motores más grandes requieren carburadores más complejos con varios venturi pequeños, normalmente dos o cuatro (estos venturi se denominan comúnmente "barriles"). Un carburador típico de "2 barriles" utiliza una única placa de aceleración ovalada o rectangular y funciona de forma similar a un carburador de un solo venturi, pero con dos pequeñas aberturas en lugar de una. Un carburador de 4 venturis tiene dos pares de venturis, cada par regulado por una única placa de aceleración ovalada o rectangular. En condiciones normales de funcionamiento, solo una placa de aceleración (la "primaria") se abre cuando se presiona el pedal del acelerador, lo que permite que ingrese más aire al motor, pero mantiene alta la velocidad general del flujo de aire a través del carburador (lo que mejora la eficiencia). El acelerador "secundario" se opera mecánicamente cuando la placa primaria se abre más allá de cierta cantidad, o mediante el vacío del motor, influenciado por la posición del pedal del acelerador y la carga del motor, lo que permite un mayor flujo de aire hacia el motor a altas RPM y carga y una mejor eficiencia a bajas RPM. Se pueden usar varios carburadores de 2 o 4 venturi simultáneamente en situaciones en las que la máxima potencia del motor es la prioridad.
Un cuerpo de aceleración es algo análogo al carburador en un motor sin inyección, aunque es importante recordar que un cuerpo de aceleración no es lo mismo que un acelerador , y que los motores con carburador también tienen aceleradores. Un cuerpo de aceleración simplemente proporciona un lugar conveniente para montar un acelerador en ausencia de un venturi de carburador. Los carburadores son una tecnología más antigua, que modulan mecánicamente la cantidad de flujo de aire (con una placa de aceleración interna) y combinan aire y combustible juntos ( venturi ). Los automóviles con inyección de combustible no necesitan un dispositivo mecánico para medir el flujo de combustible, ya que esa tarea la asumen los inyectores en las vías de admisión (para sistemas de inyección de combustible multipunto ) o cilindros (para sistemas de inyección directa ) acoplados a sensores electrónicos y computadoras que calculan con precisión cuánto tiempo debe permanecer abierto un determinado inyector y, por lo tanto, cuánto combustible debe inyectarse con cada pulso de inyección. Sin embargo, todavía necesitan un acelerador para controlar el flujo de aire hacia el motor, junto con un sensor que detecte su ángulo de apertura actual, de modo que se pueda cumplir con la relación aire/combustible correcta en cualquier combinación de RPM y carga del motor. La forma más sencilla de hacer esto es simplemente quitar la unidad del carburador y atornillar una unidad simple que contenga un cuerpo del acelerador e inyectores de combustible. Esto se conoce como inyección de puerto único , también conocida por diferentes nombres de marketing (como "inyección del cuerpo del acelerador" por General Motors e "inyección de combustible central" por Ford , entre otros), y permite convertir un diseño de motor más antiguo de carburador a inyección de combustible sin alterar significativamente el diseño del colector de admisión . Los diseños posteriores más complejos utilizan colectores de admisión, e incluso culatas , especialmente diseñadas para la inclusión de inyectores.
La mayoría de los automóviles con inyección de combustible tienen un solo acelerador, contenido en un cuerpo del acelerador . A veces, los vehículos pueden emplear más de un cuerpo del acelerador, conectados por enlaces para funcionar simultáneamente, lo que mejora la respuesta del acelerador y permite un camino más recto para el flujo de aire hacia la culata, así como conductos de admisión de distancia igual de longitud corta, difícil de lograr cuando todos los conductos tienen que viajar a cierta ubicación para conectarse a un solo cuerpo del acelerador, a costa de una mayor complejidad y problemas de empaquetamiento. En el extremo, los automóviles de mayor rendimiento como el BMW M3 E92 y los Ferraris , y las motocicletas de alto rendimiento como la Yamaha R6 , pueden usar un cuerpo del acelerador separado para cada cilindro, a menudo llamados " cuerpos del acelerador individuales " o ITB. Aunque son poco comunes en los vehículos de producción, estos son equipos comunes en muchos autos de carrera y vehículos de calle modificados. Esta práctica se remonta a la época en que muchos automóviles de alto rendimiento contaban con un carburador pequeño de un solo venturi para cada cilindro o par de cilindros (es decir, carburadores Weber, SU), cada uno con su propia placa de aceleración pequeña en su interior. En un carburador, la abertura más pequeña del acelerador también permitía una respuesta más precisa y rápida del carburador, así como una mejor atomización del combustible cuando se funcionaba a bajas velocidades del motor.
Las locomotoras de vapor normalmente tienen el acelerador (en inglés norteamericano) o regulador (en inglés británico) en una característica cúpula de vapor en la parte superior de la caldera (aunque no todas las calderas cuentan con estas). La altura adicional que proporciona la cúpula ayuda a evitar que cualquier líquido (por ejemplo, de burbujas en la superficie del agua de la caldera) sea aspirado hacia la válvula de mariposa, lo que podría dañarla o provocar el cebado . El acelerador es básicamente una válvula de asiento , o una serie de válvulas de asiento que se abren en secuencia para regular la cantidad de vapor admitido en los depósitos de vapor sobre los pistones. Se utiliza junto con la palanca de inversión para arrancar, detener y controlar la potencia de la locomotora, aunque, durante el funcionamiento en estado estable de la mayoría de las locomotoras, es preferible dejar el acelerador completamente abierto y controlar la potencia variando el punto de corte de vapor (lo que se hace con la palanca de inversión), ya que esto es más eficiente. La válvula de mariposa de una locomotora de vapor plantea un difícil desafío de diseño, ya que debe abrirse y cerrarse con esfuerzo manual contra la considerable presión (normalmente 250 psi o 1700 kPa) del vapor de la caldera. Una de las principales razones de las válvulas secuenciales múltiples posteriores: es mucho más fácil abrir una válvula de asiento pequeña contra la diferencia de presión y abrir las otras una vez que la presión comienza a igualarse que abrir una sola válvula grande, especialmente cuando las presiones de vapor finalmente superaron los 200 psi (1400 kPa) o incluso los 300 psi (2100 kPa). Los ejemplos incluyen el tipo equilibrado de " doble golpe " utilizado en las Gresley A3 Pacific .
La regulación de un motor de cohete significa variar el nivel de empuje en vuelo. Esto no siempre es un requisito; de hecho, el empuje de un cohete de combustible sólido no es controlable después de la ignición. Sin embargo, los cohetes de combustible líquido pueden regularse mediante válvulas que regulan el flujo de combustible y oxidante a la cámara de combustión. Los motores de cohete híbridos , como el utilizado en Space Ship One , utilizan combustible sólido con un oxidante líquido y, por lo tanto, pueden regularse. La regulación tiende a ser necesaria más para aterrizajes propulsados y lanzamientos al espacio utilizando una sola etapa principal (como el transbordador espacial ), que para lanzamientos con cohetes multietapa . También son útiles en situaciones en las que la velocidad del vehículo debe limitarse debido al estrés aerodinámico en la atmósfera más densa a niveles inferiores (por ejemplo, el transbordador espacial). Los cohetes se vuelven típicamente más livianos cuanto más tiempo permanecen encendidos, y el cambio en la relación empuje:peso resulta en una aceleración creciente, por lo que los motores a menudo se reducen (o apagan) para limitar las fuerzas de aceleración hacia el final del tiempo de combustión de una etapa si transporta carga sensible (por ejemplo, humanos).
En un motor a reacción , el empuje se controla cambiando la cantidad de combustible que fluye hacia la cámara de combustión, de forma similar a un motor diésel.
La vida útil del acelerador no está establecida, ya que depende en gran medida del estilo de conducción y del vehículo específico. El acelerador tiende a estar bastante sucio después de 100-150 mil kilómetros, y es necesario limpiarlo. El mal funcionamiento del acelerador podría indicarse mediante la luz de advertencia EPC encendida. [2] Este suele ser el caso de los vehículos modernos del Grupo Volkswagen . Los vehículos que no están equipados con la luz de advertencia EPC indican problemas con el acelerador mediante el símbolo de verificación del motor iluminado .
Los síntomas de un mal funcionamiento del acelerador pueden variar desde un ralentí deficiente, una potencia reducida del motor, un bajo kilometraje, una mala aceleración , etc. La forma eficaz de aumentar la vida útil del acelerador es mediante un mantenimiento y una limpieza regulares. [3]
