Combustible

El origen de todo: La gasolina

Según el manual de usuario, el RX8 utiliza gasolina de un mínimo de 95 octanos RON (Research Octane Number). Sin embargo hay multitud de debates y de controversia sobre la conveniencia del usar gasolina de 95 o la de 98 octanos.

Este capítulo dará un breve repaso acerca de qué es la gasolina y algunos aspectos interesantes sobre ella que te ayudarán a decidir qué tipo utilizar en tu coche.

refinería de petróleo

Diagrama proceso refino
Diagrama de proceso del refino de petróleo, del que se extrae la gasolina el gasoil y otros productos

La gasolina se obtiene en las refinerías de petróleo a partir del crudo. El crudo o petróleo bruto es un material compuesto, principalmente, por hidrocarburos muy variados, que a su vez son uniones químicas entre el hidrógeno y el carbono. Los hidrocarburos pueden contener pocos carbonos (y ser gases en estado normal, como el metano o el etano), tener muchos y ser semisólidos (como los asfaltos), y todo el rango intermedio donde se encuentran, entre otros el  gasoil y la gasolina.

La gasolina (y aquí ya empezamos a simplificar) tiene cadenas de entre 4 a 11 carbonos, en múltiples combinaciones y aunque tienen semejanzas, todas son diferentes de un lote a otro (incluso para un mismo fabricante y refinería). La composición de la gasolina también depende del origen del crudo, del proceso de refino, de la época del año (verano-invierno), entre otros. Podemos decir sin lugar a dudas que nunca repostarás dos gasolinas exactamente iguales: unas funcionarán mejor en tu motor y otras peor, incluso siendo de la misma marca y tipo.

Una de las características más conocidas y que clasifica en la práctica a las gasolinas, es el índice de octano. Este índice mide la capacidad antidetonante de una gasolina sometida a condiciones de presión y temperatura elevadas como las que se producen en la cámara de combustión de un motor. Y es aquí donde el diseño del motor se relaciona con el índice de octano de una gasolina.

Cuanto mayor sea la relación de compresión de un motor, mayor será la presión a la que se podrá comprimir la mezcla aire/combustible y por tanto mayor la facilidad de que ésta se vaya a autoencender. Aunque hay otros muchos factores que intervienen en el autoencendido de la mezcla (casi todos relacionados con las temperaturas de superficies internas del motor en contacto con la mezcla) podemos decir de forma general que a mayor relación de compresión, mayor índice de octano se requerirá en la gasolina. Esto también es válido, aunque en mucha menor medida, para motores de inyección directa, lo que no es el caso del Renesis, que es de inyección indirecta.

Para tratar de normalizar las gasolinas comerciales, estas se producen con índices de octano de valores acordados entre los fabricantes de coches y la industria petrolera, p.e. 95, 98. El nombre de “octano” viene precisamente de un compuesto llamado isooctano, que tiene una elevada capacidad de no autoencenderse y al que se le asigna el valor de referencia 100. En el otro extremo tenemos el heptano, que es muy autoincinerable y al que se le asigna el valor de referencia 0.

Si decimos que una gasolina tiene índice de octano 95, es que se comporta, a efectos de resistencia contra el autoencendido, como si estuviera compuesta por una mezcla de un 95% de isooctano + un 5% de heptano.

El problema radica en cómo medir esto de una forma útil para el uso  práctico, especialmente porque 2 gasolinas con composiciones diferentes pueden tener un mismo índice de octano.

De entre los diversos métodos y normas, los más extendidos son el MON (Motor Octane Number) y el RON (Research Octane Number). Una misma gasolina tiene diferentes valores de octanaje si se mide por el método RON y si se mide por el MON.

El método MON es el más habitual en USA y el RON en Europa. Conviene tener esto en cuenta al revisar literatura o foros: p.e. una gasolina Europea de índice 95 RON puede tener un índice MON de 90 o 91.

Después del pequeño repaso de lo que es el índice de octano, lo relacionaremos con el RX8. El Renesis tiene una relación de compresión media (10:1) y al ser del tipo Wankel, las cámaras de admisión/compresión, siempre frías, están separadas geométricamente de las de explosión/expansión que son las calientes. Esto facilita que a la mezcla explosiva de aire y combustible le sea difícil autoincinerarse y por tanto no se precisen grandes octanajes para evitar la autodetonación.

Podemos afirmar que:

La gasolina de 95 octanos (RON) es suficiente para evitar la autodetonación en el Renesis sin modificaciones mecánicas y con los mapas de combustible y encendido de serie de la centralita.

Ahora vamos a ver otro aspecto de las gasolinas de 95 y 98 octanos (RON) que sí tiene una especial relevancia en el caso del renesis: la capacidad “antilubricante”.

El gasoil es un combustible lubricante (fíjate ya en el nombre “gas OIL”) . Por el contrario las gasolinas son disolventes del aceite y es aquí donde hay diferencias entre la de 95 y la de 98 octanos: la de 95 es más “seca” y disuelve más el aceite lubricante. En otras palabras, la gasolina de 95 octanos tiene una tendencia mayor que la de 98 a eliminar la película de aceite que se inyecta en las cámaras para lubricar las carcasas y sellos y formar el sellado.

Un mal sellado implica una menor compresión efectiva y repercute en peores consumos y pérdidas de potencia. Una mala lubricación implica además un mayor desgaste de las piezas ya que la fricción entre ellas es mayor. La buena lubricación y sellado dependen de la cantidad y calidad de aceite inyectado, y de que este aceite no se elimine excesivamente por el uso de una gasolina muy detergente.

Por lo anterior

RotaryPit recomienda el uso de gasolina de 98 octanos para todos los usos y en todas las épocas del año, no solamente en uso deportivo y/o en verano.

 

98 octanos RX8 jird20 RotaryPit
La gasolina de 98 octanos mantiene mejor la película de aceite de lubricación de las cámaras de combustión. Es la gasolina para el Renesis.

Descripción general del sistema de combustible

Como en la mayoría de los coches actuales, en el RX-8 la aportación de la gasolina al motor se realiza mediante un sistema de inyección. En el RX8 esta inyección es indirecta, es decir que la gasolina se pulveriza y mezcla con el aire en el exterior de las cámaras de combustión. El número de inyectores es 6 para la versión de 231 cv y 4 en la versión de 192 cv.

El funcionamiento general del sistema es simple:

En un depósito de combustible hay una bomba que impulsa gasolina hacia un regulador de presión. La gasolina sale de este regulador a una presión deseada y se dirige hacia el motor. En el motor hay unos inyectores que pulverizan esta gasolina en el torrente de aire de admisión para mezclar la gasolina con aire comburente en unas proporciones controladas. La mezcla gasolina/aire entra en el motor para colaborar en el proceso de combustión. Añadiendo una chispa en el momento correcto el motor puede funcionar.

Esquema PID combustible RX8 jird20 RotaryPit
Diagrama de principio del sistema de combustible del RX8

Vamos a verlo ahora con más detalle.

Depósito de combustible

El depósito de combustible del RX8 tiene 61 litros de capacidad. En un coche diseñado para una dinámica excepcional, la máxima a seguir por los ingenieros fue la de centrar en lo posible los pesos del vehículo y que estos estuvieran lo más bajos posible. Por ello el depósito está emplazado justo debajo de los asientos traseros, por delante del tren trasero y por el medio del depósito discurre el eje de transmisión que va hasta el diferencial (ver el en el esquema el “0”). Por ello el depósito queda dividido en dos mitades.

En la mitad del lado del conductor se encuentra la bomba de combustible (2) y una boya de nivel (8). En el lado del copiloto tiene una segunda boya de nivel (7). Las señales de ambas boyas se suman y producen el nivel total de llenado del depósito.

El depósito tiene unas válvulas de seguridad/corte de combustible (9) para prevenir que en caso de un accidente con vuelco, la gasolina se salga del depósito evitando el riesgo que esto conlleva.

En el depósito de combustible se forman de forma natural vapores de gasolina, altamente incinerables y por tanto peligrosos en caso de fuga o simplemente al abrir el tapón para repostar. Para eliminar estos vapores hay un depósito con un filtro de carbón activo (12) que los recoge y acumula hasta que una válvula llamada válvula de purga de vapores (13) que se halla en el colector de admisión se abre y permite que el motor (19) succione estos vapores en los momentos deseados para quemarlos en las cámaras de combustión. Esta succión del motor es la que genera un vacío en el depósito. Se puede apreciar al abrir el tapón (20) al repostar observándose como entra aire por la boca de carga.

El sistema de purga de vapores de gasolina tiene una pequeña bomba de aire (11) que aspira aire ambiente filtrado (10) y que lo inyecta hacia el depósito para comprobar que no haya fugas en el mismo. Caso de haber fugas la bomba no podría aumentar la presión en el depósito o lo haría a un ritmo más lento y esto lo detecta la centralita, marcando una alarma (luz de comprobación de motor CEL) que debe atenderse sin dilación. No es recomendable desatender esta alarma porque puede significar que haya una fuga en el circuito del combustible. Este sistema de eliminación de vapores es obligatorio en todos los mercados en los que se vendió el RX8. Es habitual para todos los coches de gasolina tener un sistema igual o similar a este del del RX8.

Conjunto depósito combustible RX8 RotaryPit jird20
Depósito del RX8 con varios de sus componentes principales

El componente principal que se halla en el depósito es la bomba de combustible que veremos a continuación.

La bomba de combustible

Está situada dentro del depósito en el lado del conductor y es más que una bomba. Es un conjunto de varios componentes integrados en un solo bloque: la bomba en si misma (ver en el diagrama anterior el número 2), un filtro de partículas gruesas (1), un filtro de partículas finas (3), un regulador de presión (4) y un tubo Venturi (5).

La bomba está movida por un motor eléctrico que la impulsa. Puede funcionar a 2 velocidades distintas, una lenta y una rápida en función de la tensión eléctrica con la que se alimente. Si se alimenta entre 4 y 5 Voltios, gira lenta y silenciosamente. Alimentada a  12-14 Voltios, la bomba gira rápido y tiene un potencial de entrega más alto de caudal de combustible (con el motor Renesis a altas rpm y cargas). La centralita alimenta con dos relés y una resistencia al motor de la bomba comandándola con el criterio de mínima velocidad de la bomba siempre que sea posible, para minimizar el zumbido de la bomba y para hacer que trabaje lo menos posible y así preservarla en el tiempo.

Detalles bomba combustible gasolina RX8 jird20 RotaryPitEn la aspiración de la bomba hay una cazoleta que mantiene una pequeña reserva de combustible cuando este se mueve con el movimiento del coche, evitando hasta cierto punto el descebado de la bomba en curvones prolongados, sobre todo a izquierdas y cuando queda poco nivel de gasolina en el depósito.

En la cazoleta hay un filtro de partículas gruesas antes de la aspiración de la bomba y justamente después de la descarga de la bomba se encuentra un filtro fino de partículas para asegurarse que llegue a los inyectores gasolina libre de impurezas. Después del filtro fino, hay un regulador de presión de combustible que mantiene la presión entre 375 y 450 kPa. Esta es la presión a la que le llega la gasolina a los inyectores del motor con independencia de lo que se vayan ensuciando los filtros con el paso del tiempo. Como la bomba bombea más caudal del que es necesario para alimentar al motor, precisamente para que el regulador de presión pueda hacer su trabajo, el regulador retorna una buena cantidad de gasolina sobrante hacia la aspiración de la bomba. Este retorno pasa por un tubo con un venturi (un estrechamiento) en el centro, en el que se produce una depresión al paso de gasolina.

A este punto del venturi donde se produce la depresión se conecta una tubería (6) que pasa hasta la base del depósito del lado del copiloto. Con esto se consigue succionar y pasar gasolina del lado del depósito del copiloto, al lado del piloto que es donde está la bomba. Como curiosidad, con este método de paso de gasolina de un lado del depósito al otro, cuando el indicador de nivel de gasolina marca 1/2 de capacidad, el lado del deposito del copiloto está vaciado por el venturi y el del lado del conductor está a tope. Así hay una mayor facilidad para que la bomba, que está en el lado piloto aproveche hasta la ultima gota y le sea difícil de descebarse (salvo el curvones muy pronunciados y largos, especialmente a izquierdas). No obstante, cuando el nivel total del depósito es muy bajo (menos de 1/5) puede llegar a descebarse la bomba. El motor al quedarse sin gasolina deja de producir potencia de forma súbita, recuperándose en cuanto la bomba vuelve a cebarse.

Los inyectores de combustible

Los inyectores son un tubo con una boquilla pulverizadora en un extremo y una válvula todo/nada en el interior. Esta válvula es la que deja (o no) pasar gasolina y por tanto se produce (o no) la inyección/pulverización de gasolina. La válvula es en sí un husillo que se mueve por acción de un campo magnético generado por una bobina. Si la centralita alimenta eléctricamente esta bobina, pasa una corriente por ella que genera un campo magnético que atrae y mueve el husillo hacia un extremo, se destapa un orificio y se abre el paso de gasolina hacia la boquilla pulverizadora. Cuando la centralita deja de alimentar eléctricamente la bobina, deja de crearse el campo magnético, un muelle retorna el husillo hacia el otro extremo y se tapona el paso de gasolina.

Inyector gasolina RX8 funcionamiento conceptual jird20 RotaryPit

Para controlar la riqueza de la mezcla, la centralita alimenta las bobinas de los inyectores en ciclos on-off. La cantidad de gasolina que dejan pasar los inyectores depende del tamaño de los propios inyectores, del tiempo que están las bobinas en “on” y en “off” y de la diferencia entre la presión de la cabecera de los inyectores y la descarga.

Dicho de otro modo la centralita consigue la regulación de la mezcla combustible simplemente controlando la duración de los tiempos de apertura y cierre de los inyectores, asumiendo unos valores para la presión de alimentación de gasolina y para la presión del aire al que se pulveriza la gasolina por los inyectores.

La presión de la descarga depende del régimen de funcionamiento del motor y sobre todo de cuan abierta esté la mariposa del acelerador. La presión de cabecera está marcada por el regulador de presión de gasolina que hemos visto antes. Como el regulador de presión mantiene siempre una presión casi constante de 375 a 450 kPa, la centralita puede asumir cual es y puede hacer el cálculo de cuánto tiempo abrir y cerrar los inyectores para obtener la relación de aire y combustible que se desea.

Por supuesto la velocidad a la que se pueden abrir y cerrar los husillos está limitada y no es posible hacer una regulación con tiempos “on” de duración extremadamente pequeña. Por esta causa no es muy factible utilizar solamente 2 inyectores para alimentar con gasolina al motor en todo tipo de condiciones. Si tuviéramos 2 inyectores que pudieran dar todo el caudal requerido a máxima potencia de motor, entonces a cargas ligeras y/o a ralentí tendrían que trabajar a ciclos “on” tan cortos que no sería posible ni atomizar bien la gasolina ni regular con precisión la misma. Tendríamos ralentís tremendamente irregulares, tirones a bajas rpm y cargas, fallos de encendido casi continuos  y consumos y emisiones muy elevados.

Por ello se utilizan unos primeros inyectores que son capaces de regular bien los caudales mínimos y se van sumando más inyectores a medida que se precisa más potencia y por tanto más gasolina. En el Renesis hi-power (el de 231 cv) hay 6 inyectores y en el standard-power (el de 192 cv) 4 inyectores.

 

Capacidades de los inyectores de gasolina RX8 RotaryPit jird20
Capacidades de los inyectores de gasolina del RX8 de 231 y 192 cv

Los inyectores llamados primarios 1 (ver en el esquema más arriba el número 16) trabajan siempre, desde el momento del arranque, al ralentí a medias y altas rpm y cargas.

Inyectores primarios 1 RX8 RotaryPit jird20

Como puede verse en la figura anterior, para cada inyector primario 1, hay un inyector de aire que suma su aire al que llega por al puerto de admisión primario. A estos inyectores de aire, les llega aire proveniente de un punto tomado antes de la mariposa de admisión. Como a ralentí y muy bajas cargas al puerto de admisión le llega aire a muy baja presión, porque la mariposa del acelerador está bastante cerrada y produce una depresión, el aire entra por los inyectores de aire a mayor presión (la atmosférica) y crean un torrente de alta velocidad que evita que la gasolina inyectada por los inyectores primarios 1 choque contra las paredes de los puertos de admisión, se vuelva líquida y sea poco quemable. Este torrente de alta velocidad favorece también la buena mezcla entre gasolina y aire. Es uno de los desarrollos del Renesis para que pueda funcionar a ralentí a lambda estequiométrica, cumpliendo emisiones y con un giro de motor redondo.

En el caso del Renesis hi-power hay un segundo juego de inyectores primarios llamados primarios 2 (en el diagrama de principio el número 17) que inyectan la gasolina a los mismos puertos primarios de admisión pero a partir de 5000 rpm. Por último hay 2 inyectores llamados secundarios (número 18) que solo trabajan a partir de 6250 rpm y que inyectan la gasolina en los colectores de admisión que van a los puertos secundarios, los que están en las carcasas laterales frontal y trasera. No se inyecta gasolina por los puertos de admisión auxiliares.

Disposición inyectores gasolina RX8 jird20 RotaryPit
Disposición de los inyectores primarios 1, primarios 2 y secundarios en un RX8 hi-power

Por otro lado para que los inyectores mantengan su precisión y una buena atomización del combustible (pulverización) es necesario que la gasolina no contenga partículas en suspensión que los obturen. Esta es la misión para los filtros de gasolina. En el caso del RX8 los filtros son 3. Como hemos visto anteriormente, dos de ellos están situados en la aspiración de la propia bomba (baja presión) y en la descarga de la bomba (alta presión). El tercer y último filtro, el de seguridad, viene con cada inyector.

En este proceso es fundamental que la presión de gasolina sea estable en la cabecera de los inyectores. Y esto se consigue mediante una bomba de elevada presión, un regulador de presión, unos colectores (raíles) de acumulación de combustible y un amortiguador de pulsaciones (número 15) que reduce las caídas de presión durante las descargas de inyectores vecinos.

Con esto tenemos revisado el sistema de combustible completo. Ahora vamos a ver otros asuntos asociados al sistema de combustible.

Premezcla de aceite en la gasolina

Vamos a explicar los beneficiosos efectos -para el motor- de premezclar aceite en la gasolina al repostar ya que no es muy evidente y puede sorprender a muchos lectores.

El Renesis es la evolución tecnológica del 13B-REW con el que venían equipados los RX-7 de tercera generación. De hecho el nombre técnico del renesis es 13B-MSP.

MSP viene de Multi Side Ports, que significa que tanto los puertos de admisión como los de escape son laterales (poner el enlace al capítulo de admisión cuando esté redactado). Si bien en casi todos los modelos de motores rotativos de serie, los puertos de admisión han sido laterales, es la primera vez que un motor Wankel, para un coche de serie, realiza la descarga de los gases de escape mediante puertos laterales.

Puesto que ahora la salida de los escapes es lateral, se produce un contacto directo entre los gases calientes que fluyen hacia el escape y los sellos laterales del rotor. Se pueden alcanzar temperaturas de escapes de 1000++ ºC por lo que se precisa de una refrigeración y lubricación adicional en los sellos laterales, que antes no era tan necesaria. Esto es lo que obligó a un cambio de diseño de los inyectores de aceite para dirigir éste de forma focalizada hacia los sellos laterales. Esto implicaba una menor lubricación de la parte central de los sellos de los vértices y ha sido algo que se corrigió en el Renesis revisado con el que venía equipado el RX8 de segunda generación, de los años 2009 a 2011. El que no llegó a España.

2 inyectores aceite en renesis vs 1 inyector en 13B-REW

Para paliar esta menor lubricación de la zona central de los sellos de los vértices y complementar el aceite que se inyecta al interior del motor por la bomba dosificadora de aceite, se puede añadir un poco de aceite en la gasolina. La gasolina al ser pulverizada por los inyectores impregna con aceite lubricante todas las partes del motor en contacto con la gasolina.

El beneficio que se consigue es una mejora en la lubricación y sellado de las 3 cámaras de combustión de cada rotor. Esto a su vez está cargado de ventajas:

a) Aumenta la compresión obtenible del motor

b) Mitiga el efecto detergente de la gasolina

c) Mitiga las pérdidas-baches de potencia y aumenta la linealidad de funcionamiento

c) Aumenta la potencia obtenible del motor

d) Reduce el consumo de gasolina

e) Reduce el ritmo de desgaste del motor aumentando su longevidad

Todo perfecto, si no fuera porque el aceite de premezcla, incluso en bajas cantidades, hace trabajar más a la bomba de gasolina, se sobrecalienta su motor eléctrico por el mayor esfuerzo y acaba fallando. Lo hace de forma progresiva y los primeros síntomas son similares a los de un corte de inyección. Estos síntomas van en aumento y al final la bomba no puede sostener ni un caudal mínimo de funcionamiento del motor Renesis, parándose éste. Mucho antes la conducción deja de ser practicable.

RotaryPit ha experimentado con varios tipos de bombas y cantidades de aceite en gasolina y las conclusiones son claras:

  • El motor Renesis con premezcla funciona con una suavidad propia de la mantequilla gourmet
  • Las 12 bombas de gasolina experimentadas murieron entre los 1.500 y los 12.000 km. Todas sin excepción. Paulatinamente y avisando, pero murieron.

A pesar de los beneficios para el motor Renesis, RotaryPit se ve obligado a aconsejar NO premezclar aceite en gasolina.

Para aquellos que aún con todo queráis premezclar, asumiendo que la bomba de combustible va a fallar con un 100% de probabilidades, las preguntas son ¿Qué aceite utilizar? y ¿Cuánto utilizar?

Qué aceite utilizar

RotaryPit recomienda el específico para premezcla en motores rotativos: El Idemitsu rotary premix. Viene en bidoncitos de 1 quart (946 ml), fáciles de llevar en el maletero. Posiblemente sirva cualquier aceite de premezcla usado en motores de 2 tiempos, pero esto no lo podemos asegurar por no haberlo experimentado.

Cuánto utilizar – dosificación

En utilización normal en días ni calurosos ni fríos (p.e. primavera y otoño) hay que echar en el depósito de gasolina 100-120 ml por cada 50 litros de gasolina. Si repostáis menos o más litros de gasolina, basta hacer la proporción.

En invierno o periodos de días fríos se puede reducir la dosis hasta quedarse en unos 80-100 ml por cada 50 l de combustible.

En verano o días calurosos se puede subir hasta los 130-140 ml. Siempre para cada 50 l de gasolina.

Cuando preveáis una utilización tramos/circuitos/hoy me como el mundo: 150-200 ml por cada 50 litros (independientemente de la temperatura del ambiente). Además es conveniente en este caso empezar esta dosis de premezcla desde el tanque anterior, para que la dosis efectiva sea esta de 150-200 ml/50 litros en el momento de utilización “racing”.

Para que el aceite se disuelva en la gasolina de forma lo más homogénea posible, durante el repostaje hay que ir parando cada 10 litros y añadiendo el aceite en proporción a estos 10 litros y continuando el repostaje con este método hasta donde se desee rellenar.

Propuesta de desarrollo de un sistema de bombeo de gasolina que permite la premezcla

Describir aquí un sistema de bombeo de gasolina que permite la beneficiosa premezcla de aceite en la gasolina. Solo para aplicaciones racing pues hay que instalar un depósito tampón de gasolina, una segunda bomba, un nuevo regulador de presión y un retorno de gasolina desde el regulador al tanque tampón. Y reprogramar completamente la centralita. Efectivo pero no apto para aplicaciones de calle.

Limpiainyectores

Aunque el prefiltro y el filtro hagan su función, siempre pasan partículas pequeñas hacia los inyectores. Además la gasolina en sí, al quedarse parada durante un tiempo, va reagrupando las cadenas cortas de hidrocarburos en cadenas más largas y pesadas.

En definitiva: con el tiempo los inyectores se van obturando parcialmente y hay que limpiarlos para la que atomización de la gasolina sea buena y el funcionamiento, prestaciones y consumos del motor los correctos.

Hay muchos limpiainyectores en el mercado, de venta en tiendas de repuestos de automóvil y en la mayoría de las gasolineras. RotaryPit no se decanta por ninguno de ellos en particular pero sí recomienda que periódicamente se añadan a la carga de gasolina para limpieza de los inyectores.

Las dosis vienen marcadas por el fabricante del producto y conviene que sean respetadas. Demasiado poco y la limpieza podrá no producirse. Demasiado y podrá afectar al funcionamiento del motor.

Cuando añadáis un limpiainyectores a la gasolina, pensad en que para que se limpien los 6 inyectores del motor, debéis hacer circular gasolina por todos. Los inyectores primarios funcionan siempre, los secundarios a partir de medias cargas y vueltas y los auxiliares solo a altas rpm y cargas. En resumen, que tendréis que hacer subir al motor de vueltas y hacer un recorrido variado donde podáis darle bastante “alegría” al motor.