ESCAPE - Definición - Significado

Fase durante la cual tiene lugar, en un motor de combustión interna, la expulsión de los gases quemados en los cilindros que hay.

El escape sigue a la carrera útil de expansión y se produce de distinta forma según que el ciclo sea de 2 o de 4 tiempos. En el caso del motor de 4 tiempos el pistón realiza una carrera en vacío moviéndose desde el punto muerto inferior al punto muerto superior, con la válvula de admisión cerrada y la de escape abierta, expele los gases residuales de la combustión. Ésta es, pues, la cuarta fase del ciclo y en ella el pistón funciona como una bomba; en una carrera sucesiva aspira la mezcla fresca. En un motor de S tiempos el escape tiene lugar simultáneamente con la entrada de la carga fresca en el cilindro; en la práctica se pone en comunicación el cilindro con una bomba que introduce una columna de mezcla fresca, la cual empuja hacia fuera los gases quemados a través de unas lumbreras que el movimiento del pistón deja al descubierto en las mismas paredes del cilindro. Esta doble fase toma el nombre de barrido y es característica de los motores de 2 tiempos.

Debe hacerse observar que mientras que en el caso del motor de 2 tiempos el barrido puede prolongarse hasta el punto de realizar una expulsión completa de los gases de escape, ello nunca es posible en los motores de 4 tiempos. En efecto, en los de 4 tiempos la expulsión no puede ser completa, porque el volumen perjudicial queda ocupado por una cierta masa de gases residuales. Para obviar este inconveniente, que provoca una cierta pérdida de rendimiento, se han ideado ciclos con otras carreras en vacío. Por ejemplo, se puede obligar a los gases de escape a realizar una fase de admisión en la cual los gases residuales se mezclan con el aire aspirado, y una segunda carrera de escape que deje el volumen perjudicial lleno de una mezcla con pocos residuos. Este sistema de 6 tiempos casi no se practica, mientras que es más frecuente efectuar con el escape una fase de barrido.

Ahora se verá en detalle cómo tiene lugar la fase de escape en un motor de 4 tiempos.

Dado que no sería práctico aprovechar completamente la expansión de los gases hasta el punto de tener en el interior del cilindro la misma presión que en el exterior, la válvula de escape comienza a abrirse cuando los gases tienen todavía una presión superior a la atmosférica. Además, la válvula se abre antes de que el pistón haya alcanzado el punto muerto inferior, de forma que la presión en el interior del cilindro, cuando el pistón inicia la carrera hacia arriba, haya bajado hasta valores ligeramente superiores a los atmosféricos. Esto permite reducir la resistencia que encuentra el pistón al empujar hacia fuera los gases quemados.

Por todo lo expuesto pueden distinguirse 3 momentos en una misma fase de escape. En un primer momento, cuando se abre la válvula, los gases, por efecto de su mayor presión, se precipitan hacia el exterior: ésta es la fase que con toda propiedad se denomina escape. Hay un segundo momento en el que los gases son empujados hacia los conductos de escape por el movimiento del pistón: a esta fase se la denomina también expulsión.

La expulsión de los gases se prolonga durante toda la carrera ascendente del pistón; la válvula de expulsión inicia por ello su cierre cuando el pistón ha alcanzado el punto muerto superior. Tanto la apertura avanzada respecto al punto muerto inferior como el cierre retardado respecto al punto muerto superior se realizan de forma gradual.

Especialmente el avance de la apertura debe efectuarse sin modificar de manera sensible el trabajo de expansión. Con un sistema de distribución que establece una curva de aceleración de tipo normal de la válvula de escape, las condiciones idóneas para un buen rendimiento del motor se obtienen cuando, con el pistón en el punto muerto inferior, la válvula se halla a la mitad de su carrera ascendente. En cualquier caso el ángulo de avance de apertura suele ser amplio (50-65°), porque cuando el pistón se acerca al punto muerto inferior la presión ya ha bajado bastante y el par que actúa sobre el cigüeñal tiende a anularse.

Por el contrario, en lo que hace referencia al retraso del cierre respecto del punto muerto superior suelen aprovecharse los fenómenos debidos a la inercia que acompañan al movimiento de los gases dentro de los cilindros. En la práctica se comprueba que la energía cinética adquirida por los gases por efecto del empuje del pistón, hace que dichos gases continúen saliendo del cilindro por efecto de la inercia.

La misma inercia de la columna de los gases salientes provoca una cierta depresión en el cilindro, la cual se aprovecha avanzando antes del punto muerto superior la apertura de la válvula de admisión.

De esta manera se logra que la mezcla fresca entre incluso antes de que el pistón haya iniciado la verdadera carrera de admisión. Hay que precisar que los fenómenos relacionados con el movimiento de los ñuidos en las conducciones, ya sean de admisión o de escape, tienen carácter oscilatorio, por lo que las presiones en los distintos puntos varían de forma periódica. Esto se aprovecha para estudiar la forma y la longitud de los conductos a fin de determinar, por ejemplo, en el caso de los conductos de escape, una salida más rápida de los gases quemados. El estudio de los movimientos de la columnas de fluido es muy importante para mejorar el rendimiento del motor, del que deberán tenerse en cuenta sus características de utilización. En efecto, mientras que en los motores rápidos que funcionan a alta velocidad los fenómenos de inercia de las masas gaseosas son de notable importancia, no sucede otro tanto con los que trabajan a velocidad reducida. En estas condiciones, si el ángulo de cruce, o sea de apertura simultánea de las válvulas, es demasiado grande, una parte de la mezcla fresca será empujada hacia el exterior a lo largo de los conductos de escape. El motor, en este caso a baja velocidad, tiene un rendimiento inferior. Esto explica por qué en el motor del Fiat 500 L la fase de escape concluye 12° después del punto muerto superior, mientras que en el del Alfa Romeo 1750 termina después de 34° e incluso 40°.

Normalmente, cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior, la válvula se halla todavía abierta alrededor del 5-10% de su recorrido. En la fase de escape el motor funciona como una bomba, por lo que se tiene una pérdida de potencia debida al trabajo de expulsión de los gases. De esta consideración se deduce la necesidad de reducir al mínimo el rozamiento de los gases en movimiento, estudiando todo el sistema de escape.