CAMARA DE COMBUSTION

OBJETIVO Utilizar menos combustible. Contribuir a la generacin de un diseo tcnico de cmaras de combustin de fcil construccin y bajo costo. Permite recuperar calor a travs del sistema de enfriamiento. TIPO DE MATERIALEst hecha de materialrefractario

Lacmara de combustines el lugar donde se realiza lacombustindelcombustiblecon elcomburente, generalmente aire, en elmotor de combustion interna.En un motor alternativo aciclo Otto(gasolina), la cmara de combustin es el espacio remanente entre la parte superior del pistn cuando ste se encuentra en el punto muerto superior (PMS; en ingls "Top Dead Center" o TDC) y laculatao tapa de cilindros. En un ciclo Disel (gas oil),de inyeccin directa, la cmara de combustin principal se encuentra mecanizada en la cabeza del pistn. En los de inyeccin indirecta, hay una precmara de combustin o una cmara de turbulencia.

Cmara de combustin.

La cmara de combustin es fundamental en el funcionamiento del motor. Elinyector introduce en ella el combustible pulverizado, el cual se mezcla con el aire;de ah que la forma de la cmara de combustin deba facilitar esta mezcla delcombustible con el aire. Tanto la mezcla como la combustin deben realizarse en untiempo mnimo lo ms cercano posible al punto muerto superior.

Clasificacin de las cmaras.

Segn el tipo de cmara decombustin los motores Diesel pueden clasificarse comosigue:a)Concmarade inyeccindirecta.b)Concmaraarremolina dora.c)Con cmara decombustin con depsitode aire.

d)Conantecmaradecombustin. Veamos sus principales caractersticas.

a) Concmarade inyeccin directa.

El combustible se inyecta directamente en el cilindro. La culata cierra el cilindro conuna superficie plana, mientras que el inyector esta situado en el centro.El inconveniente principal de este tipo de motor radica en que el aire esta pocoagitado, siendo el inyector el responsable exclusivo de la mezcla, por lo que sufabricacin ha de ser muy perfecta, y por lo tanto costosa.En estas condiciones, y para aprovechar al mximo la combustin, es convenienteque la cmara adopte la forma del chorro de combustible, o a la inversa.

b) Concmaraarremolina dora.

El motor Diesel rpido con dimetro de cilindro pequeo platea el problema deobtener una mezcla rpida y homognea de combustible y aire. Para lograrlo selleva el aire al combustible, dotando a este de un movimiento de remolino, lo queprovoca una fuerte turbulencia al llegar el embolo a su punto muerto superior.En una cmara de combustin con turbulencia, al ser aspirado el aire es enviadotangencialmente, por lo que la vlvula de aspiracin lleva una especie de pantallaque gua adecuadamente la corriente de aire.Adems de este movimiento existe otro transversal que impulsa al embolo dentro dela cmara.

Comparacin entre las diversas cmaras.

La cmara de inyeccin directa es, desde el punto de vista constructivo, la ms sencilla y econmica. En general, es preferible cuando las dimensiones del motor permiten el uso de toberas con orificios de dimetro suficiente para evitar peligros detaponamiento. En principio conviene que su dimetro sea, como mnimo, de 100mm.Por el contrario, para motores con menor dimetro es preferible el empleo de cmaras arremolinadoras; y para motores pequeos y rpidos lasmas indicadas sonlas cmaras de inyeccin indirecta, osea con deposito de aire, ylas antecmaras. Resumamos, en una tabla, las ventajas y desventajas de la inyeccin directa e indirecta Comparando con el motor de gasolina, el Diesel siempre ha tenido la ventaja de un rendimiento trmico mayor yen consecuencia menor gasto de combustible. En su aplicacin al automvil, durante muchos anos los motores Diesel han tenido una serie de problemas como ruidos, abundante emisin de humos y una gran lentitud de respuesta al acelerador. Pero en la actualidad la utilizacin del sistema de inyeccin indirecta en pre cmara de alta turbulencia tipo RicardoComet que esta dotada de bujas de precalentamiento para el arranque, ha permitido el portentoso desarrollo de motores rpidos que obtienen su potencia mxima a regmenes del orden de las 4000 rpm y aun superiores, y funcionamiento ms suave ysilencioso. Los progresos en sistemas de inyeccin y los dispositivos para arranque en fro automtico y parada del motor por corte de la inyeccin, asimismo automtico, sintener que recurrir al antiguo estrangulador, han hecho posible reducir la emisin de humos. La tcnica del turbocompresor accionado por los gases de escape, ha dado al Dieselel incremento de potencia necesario para eliminarla pobreza de aceleracin. Un motor actual de inyeccin indirecta es el turbo alimentado .Se trata de un motor clsico de inyeccin en antecmara de cuatro cilindros y distribucin por rbol de levas lateral con el accionamiento de las vlvulas por varillas y balancines. Este motor desarrolla 95 CV a 3500 rpm, disponiendo de un gran par, que es de 22mkg a 2000 rpm. El mando de la distribucin se efecta por un tren de engranajes. El pin del cigeal acciona dos piones intermedios que engranan a su vez con el pin del rbol de levas y con el pin de accionamiento de la bomba exterior de aceite. El pin del rbol de levas acciona el engranaje de mando de la bomba deinyeccin. A fin de reducir las vibraciones, en el extremo anterior del cigeal vamontado unrbol de levas y volante motor son elementos convencionales, perosobredimensionados para poder soportar los esfuerzos propios de los motoresDiesel.La caja de cambios colocada en el extremo posterior del motor, como es normal enlas aplicaciones de motor transversal y traccin delantera, no presenta ningunaparticularidad especial, as como tampoco la bomba hidrulica para la direccinasistida.Los motores con precmara de alta turbulencia son los que han dado un gran pasopara los automviles actuales.La inyeccin con precmara presenta ciertos inconvenientes comparndola con lainyeccin directa, generalmente utilizada en losgrandes motores Diesel.En los motores de inyeccin indirecta, la alta turbulencia conseguida en laprecmara, as como las elevadas relaciones de compresin, permiten alcanzarrevoluciones altas, junto con un nivelde ruidos y vibraciones moderado.Los movimientosde gasesde lacmara ala precmarapresentan unserioinconveniente que afecta al rendimiento del motor.Los torbellinos, creados por el movimiento del aire a travs del estrecho conducto decomunicacin de la precmara, dan lugar a perdidas energticas por bombeo, que asu vez obligan a elevar la relacin de compresin para intentar compensarlas. Estose traduce en que los rozamientos internos aumenten reducindose el rendimientomecnico.En los sistemas de inyeccin directa, como no existe precmara, no hay perdidasexpuestas y el rendimiento del motor aumenta. La revolucin de compresin puedeser mas baja, reducindose as las perdidas por rozamiento, ya que en la inyeccindirecta no es necesario bombear el aire hacia adentro y hacia fuera de la precmara.Los motores de inyeccin directa son aproximadamente un 15 % ms eficientes quelos de inyeccin indirecta, y ms simples en cuanto al arranque, al tener menosperdidas de calor. La combustin es ms completa y el motor desprende menoshumos. Ahora bien, su aplicacin en los motores rpidos ha tenido que sobreganardos problemas: los ruidos y vibraciones y el arranque en fro.La Ford Motor Company es la que ha logrado vencer los problemas de la inyeccindirecta.Para desarrollar el motor se estudio la mecnica del movimiento del flujo del aire enel interior de la cmara de combustin y a travs de colectores y vlvulas, el procesode la combustin y el equipo de inyeccin.

Las cmaras arremolinadoras tambin pueden estar separadas, en ellas, la cmarade combustin esta por entero fuera del cilindro; el espacio entre embolo y culata, alhallarse aquel en el punto muerto superior, es nicamente el preciso para permitirlas dilataciones propias del funcionamiento. En este caso, la cmara tiene forma deesfera.

c) Con cmara de combustin con deposito de aire.

Este tipo de cmaras se llaman tambin de acumulacin. El deposito de aire estaconstituido por una pieza postiza situada en el embolo, la cual comunica con lacmara de combustin a travs de un orificio. Durante la compresin el aire seintroduce en el depsito. Antes de alcanzarse el punto muerto superior comienza lainyeccin. Al pasar del punto muerto superior el movimiento del embolo se invierte,aumenta el volumen de la cmara de combustin y disminuye la presin que habaen ella. El aire sale a travs del orificio alimentando la llama en la zona del embudo yoriginando la combustin completa del combustible inyectado.

Se efecto un fuerte flujo de turbulencia en la admisin mediante el empleo deconductos de admisin en hlice, de una forma muy caracterstica especialmente enla zona anterior de la vlvula de admisin.Para evitar el ruido en el bloque de cilindros se han situado unas determinadasnervaduras, con lo que se consigue hacer el conjunto ms rgido al tiempo que sehacen disminuir las vibraciones.Tambin se utilizan pistones de dilatacin controlada, que reducen el juego de pistny cilindro a tan solo 0,007 mm con independencia de la temperatura del pistn y elbloque.El rendimiento energtico de los motores con inyeccin directa es netamentesuperior a los motores de inyeccin indirecta.Motores de encendido por chispa. Cmaras de combustin. Generalidades.

La cavidad que se encuentra en la parte superior del cilindro constituye la cmara de combustin. Esta cmara es el lugar donde se quema la mezcla de aire combustible. La configuracin de la cmara es de suma importancia, ya que la eficacia del motor depende de ello. La cmara de combustin esta diseada para concentrar completamente la fuerza explosiva del combustible que se quema en la cabeza del pistn.Una cmara de combustin eficiente debe reunir ciertos requisitos:-Ser pequea para reducir al mnimo la superficie que absorbe calor al inflamarse la mezcla combustible.-No tener grietas o rincones que causen combustin espontaneo golpeteo(cascabeleo).-Debe poseer un espacio para la buja, la cual idealmente se debe colocar en el centro de la cmara con el fin de reducir el tiempo necesario, para que se inflame toda la mezcla combustible, ya que la velocidad con que avanza la llama de la combustin en la cmara esta limitada.

Combustin en los motores de encendido por chispa.La mezcla se enciende por la chispa elctrica y se quema en el proceso de propagacin de la llama turbulenta. Existen tres fases:-Fase Inicial

:Desde que salta la chispa en la buja hasta el punto donde empieza el incrementobrusco de la presin.En las zonas de altas temperaturas entre los electrodos de la buja surge unpequeo foco de combustin que se convierte en un frente de llama turbulenta,siendo el porcentaje de lamezcla que se quema muy bajo.La velocidad de llama es relativamente baja y solo depende de las propiedadesfsicoqumicas de la mezcla.-Fase Principal

:La llama turbulenta se propaga por toda la cmara de combustin, cuyo volumencasi es constante y elpistn se encuentra cerca del punto muertosuperior (PMS).La velocidad de propagacin depende de la intensidad de la turbulencia lo que es asu vez directamente proporcional a la frecuencia de rotacin del cigeal.Cuando el frente de la llama llega a las paredes, como hay menos turbulencia, lavelocidad disminuye.-Fase de combustin residual

:Se quema la mezcla detrs del frente de llama.La presin ya no crece por que ya se produce la carrera de expansin y haytransmisin de calor a las paredes.La velocidad de la combustin en las paredes y detrs del frente de la llama es lentay depende de las propiedades fsicoquimicas de la mezcla. Para aumentar estavelocidad hay que crear turbulencia enlas zonas de combustin residual.

Forma de la cmara decombustin.

Sabemos que la turbulencia que se logra en el proceso de admisin es importante pero se mejora con el traspaso de la mezcla a la cmara de combustin, consiguindose acelerar la combustin residual. Para que se logre una mejor combustin en los motores de combustible ligero y disminuir su toxicidad se debe:-Aumentar la intensidad de la chispa que salte de la buja.-Crear turbulencia de la mezcla o carga en la admisin, que reduce la duracin dela combustin y la uniformidadde los ciclos consecutivos.-Estratificar la mezcla, lo que consiste en que la mezcla cerca de la buja sea lamas rica y se empobrezca a medida que se aleja de la buja.

Principales alteraciones de la combustin normal en los motores de encendido por chispa. Detonacin.

La detonacin es la repercusin contra las paredes de la cmara de ondas decho que que se forman en los gases; lo que hace que haya vibraciones de presin al final de la combustin que se va amortiguando. Externamente se siente como un golpeteo metlico. Cuando la detonacin es pequea el golpeteo no surge en cada ciclo, en cambio cuando la detonacin es intensa, la frecuencia de golpeteo es grande (mayor a 5000Hz), surge en cada ciclo, la potencia del motor disminuye y se expulsan humos negros.

La detonacin es mala porque:-Las ondasde choqueaumentan eldesprendimiento decalorcon loque se sobre calienta el motor y sepueden destruir algunas piezas de la cmara.-Se destruye la pelcula de aceite por lo que se desgasta y corroe mas la parte superior del cilindro.-Como vibraciones de fuerza sobre el pistn sedestruyen las capas antifriccin delos casquetes (cojinetes) de biela.La detonacin surge debido a:-La elevada reaccin de la mezcla que hace que surja combustin delante delfrente de llama.-Calentamiento delas ultimas partesde la cargay mal diseode la cmarade combustin.La detonacin se puede impedir con:-Gran turbulencia de la mezcla.-Pequeo recorrido del frente de llama.-Existencia de expulsores en las zonas donde se encuentra la ultima carga para que esta se enfre y no haya focos de autoencendido.-La tendencia a detonacin disminuyen con cmaras de combustin pequeas.

Autoencendido prematuro.

Se produce cuando las piezas de la cmara de combustin se encuentran muy calientes provocando que la mezcla se encienda antes que haya saltado la chispa de la buja; manifestndose en forma de golpes secos. Para evitar el autoencendido prematuro se deben utilizar bujas con gran resistencia al recalentamiento grado trmico.

Autoencendido por compresin estando el sistema de encendido desconectado.

Debido a elevadas relaciones de compresin se alcanzan presin y temperaturas suficientes para el encendido de la mezcla a bajas r.p.m. del motor (300 a 400). Para que no exista ese autoencendido, adems de desconectar el sistema de ignicin, se debe cortar el suministro decombustible.Tipos de cmara de combustin. Cmara de combustin hemisfrica.Posee suficiente espacio para que los orificios de admisin y de escape sean de gran tamao, que sirve para que el motor tenga un mximo de entrada y salida de gases en cada cilindro, lo cual produce gran potencia cuando el motor esta muy revolucionado. La buja colocada en el centro, inflama toda la mezcla combustible en el menor tiempo posible.

Tiene la forma de una tina invertida con las vlvulas en la parte inferior de la misma. Ya que las vlvulas se pueden colocar en una sola hilera, el mecanismo que las hace funcionar es muy sencillo. La forma alargada y ovalada de la tina controla la turbulencia excesiva.

Cmara situada en la cabeza del pistn.La cmara de combustin situada en la cabeza del pistn, la poseen los motores diesel y algunos motores de gasolina para automviles europeos. Desaparece la ventaja de fabricar pistones con cabeza plana y eleva el costo de fabricacin de este tipo de pistones y aumenta el peso de estos.