Introduccion Diesel

5/17/2018 Introduccion Diesel - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIACARRERA MECANICA AUTOMOTRIZ

MOTOR ENCENDIDO POR COMPRESIÓN M E C.

1 . M E C.Tal como su nombre lo indica, en el motor encendido por compresión, el

autoencendido del combustible se produce por efecto de la alta presión en la

cámara de combustión.

NOTA :

Autoencendido: El combustible inyectado en la cámara de combustión

encuentra las condiciones ambientales de Presión y temperaturas propicias

para encenderse espontáneamente.

2. Ciclo termodinámico Diesel.

Teóricamente el MEC funciona siguiendo el ciclo Diesel o proceso de

combustión a

P = Cte.

2.1. Diagrama teórico P - V

AB= Compresión del aire.

BC= Combustión a P= CTE.

CD= Expansión

DA = Abertura de las válvulas de escape.

Los motores lentos, siguen el ciclo Diesel en su plenitud, ya que mientras se

inyecta combustible se realiza la combustión manteniéndose la presión

constante por un período largo de giro del cigüeñal, suponiéndose que elencendido del combustible se produce muy rápidamente una vez inyectado

éste, punto este un tanto difícil de conseguir ya que las gotitas de combustible

precisan de una cierta preparación para combustionarse.




Diagrama teórico P- V




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Presión de compresión:

Determina en definitiva el ambiente adecuado dentro de la cámara de combustión,que permitirá iniciar la combustión en el momento determinado.

Densidad del aire :

Dentro de la cámara de combustión se precisa una determinada densidad del airea fin de que las gotitas de combustible encuentren en un tiempo relativamentecorto el oxígeno contenido en él.

Relación de compresión :

Siendo este concepto una relación de volumen, determina básicamente el gradode presión de compresión que tendrá el motor, sin perder de vista otrasconsideraciones importantes como son:

- rendimiento volumétrico

- altura sobre el nivel del mar

- R.P.M. del motor

- estudio mecánico del motorLas cuales tienen atingencia en la presión que tal como se incluyó anteriormente

es fundamental para una buena combustión.

Velocidad del motor :

Determina el mayor o menor rendimiento volumétrico.

Rendimiento volumétrico :

Es la relación entre el peso del aire efectivamente introducido por ciclo en elcilindro y el peso de una carga completa.

Este rendimiento nos da el grado de llenado del motor y más aún nos estarádando pauta de la cantidad de combustible factible de quemar sin que seproduzcan humos en el escape, ya que cuanto más aire es introducido al cilindromás combustible es factible de quemar, lo que determinará en definitiva lapotencia del motor que está ligada al poder calorífico del combustible y cuantomás sea la cantidad de ésta más potencia desarrollará el motor.

Obviamente se deben tener presente los factores que influyen en esterendimiento volumétrico.

TeóricoP

EfectoPv =η




- Densidad de la carga: Este factor está relacionado con la altura y la temperatura del

múltiple de admisión.

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Normalmente esta turbulencia se obtiene por diseño de los múltiples de admisión

o por placas deflectoras ubica das en la cabeza de la válvula de admisión.

Secundaria: Es la velocidad que adquiere el aire al inicio de la combustión y el

torbellino de gases durante la combustión.Objetivo: Permitir una combustión completa en forma rápida.

5.2. Factores del sistema de inyección.

Básicamente se limitan a la bomba inyectora y a los inyectores, ambos

elementos son de vital importancia para obtener una correcta combustión.

Sistema de Inyección.

Función Basica.

Sacar el combustible desde el estanque e inyectarlo a alta presión en la cámara

de combustión pasando por los filtros correspondientes.

Objetivos .

1. Inyectar el combustible en forma adecuada dentro de la cámara de

combustión (atomizar).

2. Dosificar la cantidad de combustible según los requerimientos del motor.

3. Entregar a todos los cilindros la misma cantidad de combustible.

4. Debe inyectar en el momento adecuado.

5. Distribuir el combustible dentro de la cámara de combustión.

6. Inicio y término instantáneo de la inyección.

Componentes básicos del sistema.

1. Estanque de combustible

2. Filtros a) primario.

b) secundario

3. Bomba inyectora (Incluye bomba de transferencia).

4. Tobera (Inyector).




Toberas.

Función básica.

Inyectar el combustible dentro de la cámara de combustión.Objetivos.

1. Atomizar adecuadamente el combustible.

2. Distribuir el combustible dentro de la cámara.

3. Iniciar y terminar la inyección instantáneamente.

Tipos de toberas.

1. Orificio único.

2. Milti pies ori fictos.

3. De espiga.

4. Pintaux.

Funciones específicas que se relacionan entre si y que deben cumplir losinyectores.

Atomización: Desintegrar el cliorro de combustible adecuadamente.

Distribución: Distribuir el combustible en forma adecuada dentro de la cámara de

combustión.

Penetrasión:El combustible debe penetrar convenientemente en la cámara

decombustión a fin de utilizar en buena forma el oxigeno contenido en el aire.

Factores que determinan una variación de éstas funciones.

Atomización se ve afectada por:- Tipo de tobera

- Presión de inyección

- Viscosidad del combustible

- Diámetro de los orificios de la tobera

- Largo de los orificios

Penetración se ve afectada por:

- Excesiva atomización

- Viscosidad del combustible

- Presión de inyección




Distribución: Dependerá en definitiva de la atomización penetración. Y

caracteristicas de la punta del inyector ( en cuanto a : N¬ de orificios, largo del

orificio, angulo del orificio y a la presion de inyeccion )

Bomba inyectora

Objetivo:

Untregar la cantidad de combustible necesaria al inyector segdn el régimen

de trabajo del motor.

Función:

- Desplaza combustible hacia los inyectores, venciendo las resistencias

que oponen el circuito.

- Distribuye el combustible a los inyectores según el orden de encendido

del motor.

- Dosifica la cantidad de combustible.

- Determina el punto de inyección.

- Contribuye a que el inicio y término de la inyección sea instantánea.

- Sobre dosis para el arranque en frió

5.3. Factores de diseño de la cámara de combustión .

Definición: Es el espacio donde se realiza la combustión.

Construcción: Camara de Combustione

1. Tallada en la cabeza del Pistón.

2. Tallada en la culata.




Tipos

1. Cámara directa.

2. Cámara Precombustión

3. Cámara de turbulencia

Cámara directa.

Definición: El combustible se inyecta sobre el pistón.

- Está compuesta de una sola cámara que contiene todo el volumen de

aire.

- La cabeza del pistón puede tener forma:

a) plana b) toroidal c) cóncava d) esférica.- Presiones de combustión altas 75 " 80 (BAR).

Tipo tobera utilizada.

- Tobera de múltiples orificios.

- Presión de inyección elevada.

Ventajas:

Son bastante económicas

- Consumo especifico (190 gr/cV - Lib).

- Aprovecha en forma efectiva las máximas presiones desarrolladas en la

cámara de combustión producto de la combustión.

- Las presiones que soporta el pistón son mayores que en cualquier otro

tipo de cámara.

- Se utiliza este tipo de cámara en motores lentos e intermedios.

- Arranque fácil.

Combustion.




- Precisa una turbulencia primaria.

- Se ve afectada por variación de atraso de encendido.

- La atomización es más severa que en otro tipo de cámara.

- Atraso de encendido genera inmediatamente detonación.

Formas de cabeza de Pistón

.3.+

4.*.




Cámara de Precombustión.

Definición

- Esta cámara controla la combustión dándole una dirección y sentido al

proceso que se desarrolla.Características.

- Cámara de precombustión contiene 70% del volumen total de aire

utilizado en la combustión.

- Las presiones que se desarrollan son menores que de la cámara directa

(55 - 60 (Bar)).

- La combustión se inicia en la boca de la cámara.

Combustion

- Combustión controlada.

- Mo tiende a la detonación.

- Atraso del encendido menor.

- Es fundamental que la combustión se inicien en la boca de la cámara a fin

de no prodicir adheridos por falta de aire.

- Se utiliza tobera de orificio (inico, el inyecta un chorro de combustible

compacto)

- Consumo específico 210 (gr/CV - HR) .




Ventajas- Combustión controlada.

- Bajas presiones de combustión.

- Se obtienen altas R.P.M.

Desventajas .

- Dificultad del arranque (Se precisa de bujía de incandescencia).

- Pérdidas mayores de radiación por tener mayor superficie de contacto,

sumadas ambas cámaras con el sistema de refrigeración.

Cámara de turbulencia,

Definición: Cámara esférica que permite una gran turbulencia primaría.

Objetivo: Formar una turbulencia severa que permita disminuir el atraso de

encendido.

Características:

- La turbulencia aumenta “Proporcionalmete” el aumento de las

revoluciones.

- El atraso de encendido se hace menor con el aumento de

revoluciones.

- Controla efectivamente las presiones máximas de combustión.




Combustión:

- Inyectores o toberas son de espigas, tipo de tobera Pintaux,

- Controla las altas presiones de combustión.

- No se genera detonación.

- Consumo específico 220 gr/CV - HR.

Normalmente esta turbulencia se obtiene por diseño de los múltiples de admisióno por placas deflectoras ubica das en la cabeza de la válvula de admisión.

Secundaria: Es la velocidad que adquiere el aire al inicio de la combustión y el

torbellino de gases durante la combustión.

Objetivo: Permitir una combustión completa en forma rápida

Comparación de diagramas Presión " Tiempo.




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2 9

5.4 Otros factores. - CombustibleDeterminante en lo referente al combustible es:

- Índice de Cetano. Determina el mayor o menor grado de inflamabilidad que se

relaciona directamente con el atraso del encendido.

- Viscosidad. Determina una mayor o menor penetración de las gotitas decombustible




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Los factores que influyen en la detonación, son:

• puntos calientes en el interior de la cámara de

combustión,

• temperatura elevada del aire de admisión,

• mezcla pobre (no enfría la cámara),

• falta de turbulencia,

• nivel de compresión elevado,

• combustible no especificado.

Otra característica importante para comprender la detonación en los motores Otto, es

conocer la influencia del “octanaje” de los combustibles en estos motores. El

“octanaje” expresa, exactamente, la resistencia del combustible a la ignición por

compresión. Trabajar con combustible de elevada octanaje posibilita usar un nivel de

compresión más elevado. Para extinguir la detonación en motores Otto, se atrasa la

chispa de la bujía y se aumenta la cantidad de combustible inyectado, así, enfriamosla cámara de combustión. La detonación en estos motores se produce al final de la

combustión, momento en el cual ocurre el choque entre las frentes de llama.

DETONACIÓN EN LOS MOTORES DIESEL

Los motores Diesel, como ya vimos, inician la combustión

a través de la ignición por compresión, y el combustible,

obviamente, debe poseer características diferentes. Para

entender como ocurre esta detonación, debemos

comprender lo qué es "centanaje". El centanaje expresa

exactamente la facilidad del combustible (Diesel) en

entrar en ignición por compresión. Por ejemplo, cuando

inyectamos el Diesel al final de la compresión y queremos




que se inflame rápidamente, decimos que cuanto mayor el centanaje del Diesel, más

rápida será la ignición por compresión, el atraso será menor y funcionará mejor el

motor. Cuanto menor es el atraso por ignición, será

mejor la quema del combustible, porque será de forma regular y gradualmente. Sin

embargo, si el atraso de la ignición es muy grande, cuando ocurrir, será

descontrolada y demasiado fuerte, generando la detonación en los motores Diesel.

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Factores que intensifican la probabilidad de detonación

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Con aumento de rotación'




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Las principales diferencias entre cámara directa e indirecta:

CÁMARA DIRECTA CÁMARA INDIRECTA

• Menor nivel de compresión • Mayor nivel de compresión

• Mayor pico de presión • Menor pico de presión

• Mayor rumorosidad • Menor rumorosidad

• Mayor turbulencia • Menor turbulencia (necesita pre-cámara).

• Mayor presión de inyección • Menor presión de inyección

• Sistema de inyección mus caro • Sistema de inyección más barato

• Menor consumo de Diesel • Mayor consumo de Diesel (mayor

pérdida de calor, restricción)• Mejor pulverización (menores • Peor pulverización (mayores gotas)

• Menor costo de fabricación

(construcción simple)

• Mayor costo de fabricación (construcción

compleja)• Menor atraso de ignición • Mayor atraso de ignición

• Partida a frío atrasada • Partida a frío adelantada




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Principales diferencias entre un motor de 4 tiempos del ciclo Otto y Diesel:

VARIABLE OTTO DIESELPresión en el fin de la

compresión

8 a 15 Kg/cm2 40 a 50 Kg/cm2

Presión máxima de 45 a 55 Kg/cm2 60 a 75 Kg/cm2

Límite de rotación 1000 - 6000 rpm 750 - 4600 rpm

Tenor de la mezcla aire +

combustible

11/1 a 17/1 20/1 a 50/1

Tiempo de formación de

la mezcla

Antes de la combustión Simultáneo a la

combustiónFormación de la mezcla En el cuerpo de la

mariposa o atrás de la

En la cámara o pre-

cámaraVolatilidad del Alta Baja




VARIABLE OTTO DIESEL

Tipo de combustible con

relación a la resistencia

de la i nición or

Alta Baja

Temperatura de los gases

de esca e

800 °C 600 °C

Rendimiento térmico Menor Mayor

Ignición Chispa Compresión

Nivel de compresión 6/1 a 12/1 18/1 a 23/1

Relación peso/potencia Menor Mayor

Consumo de combustible Mayor Menor

Sensibilidad a las

variaciones atmosféricas:

temperatura, presión y

Mayor Menor

Sistema eléctrico de Complejo No existeRumorosidad y

trepidación durante el

Menor Mayor

CONTROL EN LA EMISIÓN DE CONTAMINANTES

Al contrario de lo que muchos

piensan, los motores Diesel, cuando

Otto.regulados, contaminan están

bien menos que los motores

Veamos cuáles eran los gases

contaminantes emitidos por los

motores Otto y por dónde eran

expelidos:




• por la descarga, de donde vienen los productos de combustión;

• por el depósito de combustible, de donde \ vienen los vapores;

• por el cárter, de donde vienen los vapores de aceite, a través del "Blow-by",

mezclado a pequeñas cantidades de vapores de combustibles y gas

de descarga.

Así como en los motores Otto, en motores a ciclo Diesel, el escape es

el responsable por la mayor parte de emisión de contaminantes, pero,

sin embargo, el Diesel prácticamente no evapora con la presión y

temperatura impuestas al tanque de combustible, o sea, el Diesel noes tan volátil como la gasolina. Por esto, casi no existe la emisión de

contaminantes a través del depósito de Diesel.




Siendo así, se hace necesaria la introducción del "Blow-by" en motores de ciclo

Diesel aspirado.

En motores Diesel los gases controladosson :

NOx, CO, HC, y también es necesario

controlar el hollín (particulado).

En función de los elevados valores de

presión y temperatura en el proceso de

combustión, los valores de NOx son maselevados en motores Diesel.

Otra característica es que, debido a que los motores de ciclo Diesel trabajan con

exceso de aire, el porcentaje de CO emitido

es muy bajo, así como la cantidad de HC y,

muellísimo menor, que en motores de ciclo

Otto. . Sin embargo, no todo es ventaja, pues

el índice de carbono sólido C y SO2 (Oxido

de azufre) es mayor en motores Diesel.

Para facilitar su comprensión, observe el cuadro abajo:

EMISIÓN DE CONTAMINANTES (PORCENTAJE)

MOTOR CO HC NOx C SOa COa

DE CICLO OTTO 89% 73% 39% 0% .5% 53%

DE CICLO DIESEL 11% 27% 61% 100% 95% 47%

CO - Monóxido de carbono

HC - Hidrocarbonetos no quemados (combustible)

NOx - Óxidos de nitrógeno

C - Particulado

SO2 - Dióxido de azufre

CO2 - Dióxido de carbono




Condición de inyecciónAtomización con:

1 Combustible:

manera pareja

cinco orificios.

2 Pareja y similar

Atomización

incorrecta:

3 Asimétrica

4 Ramificada

5 Delgada

6 Irregular

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2-

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A2B0




Inyectores

El Inyector Inyecta el combustible en la cámara de combustión. Es gobernado porla presión del combustible, que se forma durante la carrera útil de la bomba de

Inyección.

Generalidades

El combustible impulsado por la bomba de inyección a gran presión es inyectado

en la cámara de combustión del motor a través del inyector. Este consta del

cuerpo y de la aguja, elementos que están adaptados entre sí con la máxima

precisión (2... 4∝

m), por lo que sólo deben utilizarse formando una unidad. ElInyector se monta en la culata del motor mediante un porta inyector.

Funcionamiento

La presión del combustible generada por la bomba de inyección actúa, en la

cámara de presión, sobre la parte cónica de la aguja del inyector.

Si la presión del combustible es mayor que la fuerza contraria del muelle de

presión del porta inyector, la aguja del inyector se levanta de su asiento

Ahora quedan abiertos el orificio o los orificios de inyección, y el combustible es

Inyectado en la cámara de combustión. La presión de

apertura del Inyector es determinada por la tensión Inicial

(ajustable) del muelle

inyectores.

a) de orificios

b) de espiga

presión del porta inyector. La carrera de la aguja es limitada por el reborde

existente en la transición entre el vástago de la aguja y el pivote de presión.

El recorrido del combustible durante la Inyección es el siguiente: tubería de

impulsión - orificio de entrada (por ranura anular) - cámara de presión - orificios de

eyección del inyector - cámara de combustión. El combustible que se escurre a lo

largo de la aguja del inyector fluye a través del empalme de fugas del porta

inyector y de la tubería de retorno hasta el depósito de combustible.

Una vez inyectada la cantidad impulsada por la bomba de inyección, el muelle de

presión empuja de nuevo la aguja del inyector contra su asiento mediante el perno

y el pivote de presión. Con esto. la tobera queda cerrada nuevamente hasta la

siguiente carrera.




Tipos de Inyectores

El funcionamiento perfecto del motor Diesel queda garantizado únicamente si los

inyectores están adaptados al proceso de combustión y a la características

especiales del motor. Se distinguen dos tipos principales:

• Inyectores de orificios

para motores de inyección directa

• Inyectores de espiga

para motores con cámara de precombustión y cámara de turbulencia. Además,

dentro de estos dos tipos principales existe un gran número de ejecuciones

diferentes condicionadas por la gran variedad de los motores

BOMBA INYECTORA EN LINEA TIPO PE

Dosificación del combustible

Impulsión del combustible por tas bombas de inyección es un proceso dinámico.

Se compone de varías fases. La presión necesaria para la inyección es producida

por la bomba de émbolo.

En la posición más baja del émbolo (PMI) quedan libres las lumbreras de entrada.

El combustible sometido a la presión de la bomba de alimentación pasa a travésde estas lumbreras desde la cámara de admisión a la cámara de alta presión. Al

subir, el émbolo de la bomba cierra las lumbreras de entrada. A esta fase del

movimiento del émbolo se le denomina carrera previa. Al continuar la carrera se

incrementa la presión del combustible. Con ello, la válvula de presión se levanta

ya un poco de su asiento, sin llegar a abrir totalmente. Esta fase del movimiento

que sigue a la carrera previa es la carrera de descarga Tras la carrera de

descarga tiene lugar la carrera útil propiamente dicha (Véase en la página 16 lavariación de la carrera útil). La presión generada por el movimiento en la cámara

de alta presión abre ahora completamente la válvula de presión, y el combustible

fluye por la tubería de impulsión hasta el porta inyector y el inyector. La carrera útil

termina cuando la rampa sesgada del émbolo de la bomba deja libre la lumbrera

de mando o de entrada. A partir de este momento deja de impulsarse combustible

hacia el inyector. Ahora, el combustible es devuelto a la cámara de admisión B a

través de la comunicación existente en forma de ranura vertical entre la cámara de

presión A y la cámara de admisión B, teniendo esto lugar durante el movimiento

que el émbolo realiza hasta el punto muerto superior (PMS), al que se conoce

como carrera residual. Tras la Inversión del movimiento en el punto muerto

superior, primero el combustible retorna por la ranura vertical al cilindro de la

bomba, hasta que la rampa sesgada vuelve a cerrar la entrada. Al seguir




retrocediendo el émbolo, se forma vacío en el cilindro de la bomba. Sólo cuando el

borde superior del émbolo deja libre las lumbreras de entrada, fluye desde la

cámara de admisión a la de alta presión el combustible sometido a la presión de la

bomba de alimentación. La cámara de alta presión situada por encima del émbolode la bomba se llena de nuevo de combustible. La figura 31 muestra las distintas

fases del movimiento y de la alimentación.

Fases de las carreras del émbolo.




El

combustible

fluye desde

lacámara de

admisión de

la

bomba de

Inyección a la

cámara de

alta

presión del

elemento de

bomba

Movimiento

del

émbolo de la

bomba desdeel

punto muerto

inferior hasta

el

cierre de las

lumbreras de

entrada por

el

borde

superior del

émbolo

(opcional

según el

elemento

de bomba)

Movimiento

del

émbolo de la

bomba desdeel

final de la

carrera

previa hasta

la apertura

de la

válvula de

presión

Movimiento

del

émbolo de la

bomba desdela

apertura de

la

válvula de

presión

hasta la

apertura

de la

lumbrera de

entrada por

la rampa

sesgada

(descarga)

Movimiento

del

émbolo de la

bomba desdela

apertura de

la

lumbrera de

entrada (final

de la

alimentación)

hasta el

punto

muerto

superior

Inversión del

movimiento

del

émbolo de labomba

Tras la desactivación, el émbolo de la bomba deja de impulsar combustible hacia

el inyector hasta que alcanza el punto muerto superior (PMS). La rampa (o borde

de distribución) discurre oblicuamente en todo el perímetro del émbolo de la

bomba. El camino recorrido por dicho émbolo hasta el momento de la

desactivación depende de en qué posición se encuentre la rampa respecto a la

lumbrera de admisión. Esta posición puede modificarse girando el émbolo de la

bomba.




En el ejemplo mostrado, esto significa que si el

émbolo está en la posición de máxima

alimentación, la desactivación sólo se producirá

al alcanzarse la carrera útil máxima, es decir,después de suministrar la mayor cantidad

posible. Si el émbolo de la bomba se gira a la

posición de alimentación parcial, la

desactivación se producirá antes, dependiendo

de la posición del émbolo. En la posición final

correspondiente a alimentación nula. la ranura

vertical se encuentra directamente delante

de la lumbrera de admisión. Con esto, la

cámara de presión existente por encima del

émbolo de la bomba queda comunicada con la

cámara de admisión durante toda la carrera.

Ello significa que en esta posición no se

suministra combustible los émbolos de bomba

se sitúan en esta posición cuando se desea

parar el motor

Figura Posición del émbolo de la bomba para distintos volúmenes de

Inyección. a) alimentación plena, b) alimentación paicial. c) aumentación nula




Bomba Inyectora PE.. A

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