El vacío del colector , o vacío del motor en un motor de combustión interna, es la diferencia de presión de aire entre el colector de admisión del motor y la atmósfera terrestre .
El vacío del colector es un efecto del movimiento de un pistón en la carrera de inducción y el flujo obstruido a través de un acelerador en el colector de admisión de un motor. Es una medida de la cantidad de restricción del flujo de aire a través del motor y, por tanto, de la capacidad de potencia no utilizada en el motor. En algunos motores, el vacío del colector también se utiliza como fuente de energía auxiliar para accionar los accesorios del motor y para el sistema de ventilación del cárter .
Las aspiradoras de colector no deben confundirse con las aspiradoras Venturi , que son un efecto aprovechado en los carburadores para establecer una diferencia de presión aproximadamente proporcional al flujo de masa de aire y para mantener una relación aire/combustible algo constante . También se utiliza en aviones ligeros para proporcionar flujo de aire a instrumentos giroscópicos neumáticos.
La tasa de flujo de aire a través de un motor de combustión interna es un factor importante que determina la cantidad de potencia que genera el motor. La mayoría de los motores de gasolina se controlan limitando ese flujo con un acelerador que restringe el flujo de aire de admisión, mientras que un motor diésel se controla mediante la cantidad de combustible suministrado al cilindro, por lo que no tiene "acelerador" como tal. El vacío del colector está presente en todos los motores de aspiración natural que utilizan aceleradores (incluidos los motores de gasolina con carburador y con inyección de combustible que utilizan el ciclo Otto o el ciclo de dos tiempos ; los motores diésel no tienen placas de aceleración).
El flujo másico a través del motor es el producto de la velocidad de rotación del motor, el desplazamiento del motor y la densidad de la corriente de admisión en el colector de admisión. En la mayoría de las aplicaciones, la velocidad de rotación la establece la aplicación (velocidad del motor en un vehículo o velocidad de la maquinaria en otras aplicaciones). El desplazamiento depende de la geometría del motor, que generalmente no es ajustable mientras el motor está en uso (aunque algunos modelos tienen esta característica, consulte desplazamiento variable ). Restringir el flujo de entrada reduce la densidad (y por lo tanto la presión) en el colector de admisión, lo que reduce la cantidad de energía producida. También es una fuente importante de resistencia del motor (ver frenado del motor ), ya que el aire a baja presión en el colector de admisión proporciona menos presión sobre el pistón durante la carrera de inducción.
Cuando se abre el acelerador (en un automóvil, se presiona el pedal del acelerador ), el aire ambiente queda libre para llenar el colector de admisión, lo que aumenta la presión (llenando el vacío). Un carburador o sistema de inyección de combustible agrega combustible al flujo de aire en la proporción correcta, proporcionando energía al motor. Cuando se abre completamente el acelerador, el sistema de inducción de aire del motor queda expuesto a la presión atmosférica total y se logra el máximo flujo de aire a través del motor. En un motor de aspiración natural, la potencia de salida está limitada por la presión barométrica ambiental . Los sobrealimentadores y turbocompresores aumentan la presión del colector por encima de la presión atmosférica.
Los motores modernos utilizan un sensor de presión absoluta del colector (abreviado como MAP ) para medir la presión del aire en el colector de admisión. La presión absoluta del colector es uno de una multitud de parámetros utilizados por la unidad de control del motor (ECU) para optimizar el funcionamiento del motor. Es importante diferenciar entre presión absoluta y manométrica cuando se trata de determinadas aplicaciones, especialmente aquellas que experimentan cambios de elevación durante el funcionamiento normal.
Motivados por regulaciones gubernamentales que exigen la reducción del consumo de combustible (en los EE. UU.) o la reducción de las emisiones de dióxido de carbono (en Europa), los automóviles de pasajeros y las camionetas livianas han sido equipados con una variedad de tecnologías (motores de tamaño reducido; transmisiones con bloqueo, de relación múltiple y sobremarcha). ; sincronización variable de válvulas , inducción forzada, motores diésel, etc.) que hacen que el vacío del colector sea inadecuado o no esté disponible. Las bombas de vacío eléctricas se utilizan ahora habitualmente para alimentar accesorios neumáticos.
El vacío del colector es causado por un fenómeno diferente al vacío venturi , que está presente dentro de los carburadores . El vacío Venturi es causado por el efecto Venturi que, para condiciones ambientales fijas (densidad del aire y temperatura), depende del flujo másico total a través del carburador. En los motores que utilizan carburadores, el vacío venturi es aproximadamente proporcional al flujo másico total a través del motor (y por tanto a la potencia total de salida). A medida que la presión ambiental (altitud, clima) o la temperatura cambian, es posible que sea necesario ajustar el carburador para mantener esta relación.
La presión del colector también puede "portarse". La conexión consiste en seleccionar una ubicación para la toma de presión dentro del rango de movimiento de la placa del acelerador. Dependiendo de la posición del acelerador, una toma de presión con puerto puede estar aguas arriba o aguas abajo del acelerador. A medida que cambia la posición del acelerador, se conecta selectivamente una toma de presión "portada" a la presión del colector o a la presión ambiental. Los motores más antiguos (pre- OBD II ) a menudo usaban grifos de presión del colector con puertos para distribuidores de encendido y componentes de control de emisiones .
La mayoría de los automóviles utilizan motores de ciclo Otto de cuatro tiempos con múltiples cilindros conectados a un único colector de admisión . Durante la carrera de admisión , el pistón desciende en el cilindro y la válvula de admisión se abre. A medida que el pistón desciende, aumenta efectivamente el volumen en el cilindro que está encima, generando baja presión. La presión atmosférica empuja el aire a través del colector y el carburador o sistema de inyección de combustible , donde se mezcla con el combustible. Debido a que varios cilindros operan en diferentes momentos del ciclo del motor, existe una diferencia de presión casi constante a través del colector de admisión desde el carburador al motor.
Para controlar la cantidad de mezcla de combustible y aire que ingresa al motor, generalmente se instala una válvula de mariposa simple (placa de aceleración) al inicio del colector de admisión (justo debajo del carburador en los motores con carburador). La válvula de mariposa es simplemente un disco circular montado en un eje, que se ajusta dentro de la tubería. Está conectado al pedal del acelerador del automóvil y está configurado para estar completamente abierto cuando se presiona completamente el pedal y completamente cerrado cuando se suelta el pedal. La válvula de mariposa a menudo contiene un pequeño "corte de ralentí", un orificio que permite que pequeñas cantidades de mezcla de combustible y aire ingresen al motor incluso cuando la válvula está completamente cerrada, o el carburador tiene un bypass de aire separado con su propio chorro de ralentí.
Si el motor funciona con carga ligera o sin carga y con el acelerador bajo o cerrado, hay un alto vacío en el colector. A medida que se abre el acelerador, la velocidad del motor aumenta rápidamente. La velocidad del motor está limitada únicamente por la cantidad de mezcla de combustible/aire disponible en el colector. A plena aceleración y carga ligera, otros efectos (como flotación de válvulas , turbulencia en los cilindros o sincronización del encendido ) limitan la velocidad del motor para que la presión del colector pueda aumentar, pero en la práctica, la resistencia parásita en las paredes internas del colector, además de La naturaleza restrictiva del venturi en el corazón del carburador significa que siempre se establecerá una presión baja cuando el volumen interno del motor exceda la cantidad de aire que el colector es capaz de entregar.
Si el motor está funcionando bajo una carga pesada con aberturas amplias del acelerador (como acelerar desde parado o subir una colina), entonces la velocidad del motor está limitada por la carga y se creará un vacío mínimo. La velocidad del motor es baja pero la válvula de mariposa está completamente abierta. Dado que los pistones descienden más lentamente que sin carga, las diferencias de presión son menos marcadas y la resistencia parásita en el sistema de inducción es insignificante. El motor aspira aire hacia los cilindros a la presión ambiental total.
En algunas situaciones se crea más vacío. Al desacelerar o al descender una colina, se cerrará el acelerador y se seleccionará una marcha baja para controlar la velocidad. El motor girará rápido porque las ruedas y la transmisión se mueven rápidamente, pero la válvula de mariposa estará completamente cerrada. El flujo de aire a través del motor está fuertemente restringido por el acelerador, lo que produce un fuerte vacío en el lado del motor de la válvula de mariposa que tenderá a limitar la velocidad del motor. Este fenómeno, conocido como frenado motor , se utiliza para evitar la aceleración o incluso reducir la velocidad con un uso mínimo o nulo de los frenos (como al descender una colina larga o empinada). Este frenado por vacío no debe confundirse con el frenado por compresión (también conocido como " freno Jake ") o con el frenado por escape , que se utilizan a menudo en camiones diésel grandes. Estos dispositivos son necesarios para frenar el motor con un diésel, ya que carecen de un acelerador que restrinja el flujo de aire lo suficiente como para crear suficiente vacío para frenar un vehículo.
Esta presión baja (o negativa) se puede aprovechar. Se puede instalar un manómetro que mide la presión del colector para darle al conductor una indicación de qué tan duro está trabajando el motor y se puede usar para lograr la máxima eficiencia de combustible momentánea ajustando los hábitos de conducción: minimizar el vacío del colector aumenta la eficiencia momentánea [ cita requerida ] . Un vacío débil en el colector en condiciones de acelerador cerrado muestra que la válvula de mariposa o los componentes internos del motor ( válvulas o anillos de pistón ) están desgastados, lo que impide una buena acción de bombeo del motor y reduce la eficiencia general.
El vacío solía ser una forma común de accionar los sistemas auxiliares del vehículo. Los sistemas de vacío tienden a ser poco confiables con el tiempo ya que los tubos de vacío se vuelven quebradizos y susceptibles a fugas.
Los sistemas de vacío para automóviles alcanzaron su máximo uso entre los años 1960 y 1980. Durante este tiempo se creó una gran variedad de vacuostatos , válvulas de retardo y dispositivos accesorios. Como ejemplo, un Ford Thunderbird de 1967 usaba aspiradora para:
Otros elementos que pueden funcionar con aspiradora incluyen:
Los automóviles modernos tienen una cantidad mínima de accesorios que utilizan vacío. Muchos accesorios que antes funcionaban por vacío han sido sustituidos por accesorios electrónicos. Algunos accesorios modernos que a veces utilizan aspiradora incluyen:
Muchos motores diésel no tienen válvulas de mariposa. El colector está conectado directamente a la entrada de aire y la única succión que se crea es la provocada por el pistón descendente sin venturi que la aumente, y la potencia del motor se controla variando la cantidad de combustible que se inyecta en el cilindro mediante una inyección de combustible. sistema. Esto ayuda a que los motores diésel sean mucho más eficientes que los motores de gasolina.
Si se requiere vacío (los vehículos que pueden equiparse con motores de gasolina y diésel suelen tener sistemas que lo requieren), se puede instalar en el colector una válvula de mariposa conectada al acelerador. Esto reduce la eficiencia y aún no es tan efectivo ya que no está conectado a un venturi. Dado que la baja presión sólo se crea en régimen de inercia (como al bajar pendientes con el acelerador cerrado), y no en una amplia gama de situaciones como en un motor de gasolina, se instala un tanque de vacío.
La mayoría de los motores diésel ahora tienen una bomba de vacío separada ("extractor") instalada para proporcionar vacío en todo momento, en todas las velocidades del motor.
Muchos motores de gasolina nuevos de BMW no utilizan acelerador en funcionamiento normal, sino que utilizan válvulas de admisión de elevación variable " Valvetronic " para controlar la cantidad de aire que entra al motor. Al igual que en un motor diésel, el vacío del colector es prácticamente inexistente en estos motores y se debe utilizar una fuente diferente para alimentar el servofreno.