HISTORIA DEL MOTOR DIESEL:

1862

BEAU DE ROCHAS es quien primeramente ha experimentado la idea del comienzo de la combustión por auto inflamación del combustible luego de lograr compresiones entre 5.5 y 6.5 atmósferas.

1874

El americano Bayton logra hacer funcionar un motor de combus

1897

Rudolf Diesel (1858 - 1913) luego de múltiples ensayos y pruebas, presentó su invento al mundo científico en la Asamblea General de Ingenieros Alemanes celebrada en la ciudad de Kassel. Logra construir un motor de combustión interna funcionando con petróleo pesado que tenía una cilindrada de 20 litros monocilíndrico y desarrollaba una potencia de 20 caballos a 172 RPM. En comparación al ya acreditado motor de explosión interna de Otto, este tenía las ventajas de consumir mucho menos y poder funcionar con un combustible más barato.

1898

Rudolf Diesel recibe la patente N° 608,845 por un motor de combustión interna. Que da el nacimiento definitivo al motor Diesel. Demostrando que el rendimiento es mejor que el de un motor a gasolina, siendo posible además de alcanzar mayor potencia.

1922

El técnico Alemán Robert Bosch (1861 - 1942) decidió desarrollar su propio sistema de inyección para motores Diesel. Las condiciones técnicas eran favorables; se disponía ya de experiencia en motores de combustión interna; las tecnologías de producción habían alcanzado un alto nivel de desarrollo y ante todo, podían aplicarse conocimientos y tecnologías ya utilizadas en las bombas de aceite.

1923

Se proyecta la elaboración de 12 bombas de inyección diferentes para realizar ensayos en motores Diesel.

Se realizan los montajes y primeros ensayos de bombas en los motores.

1925

Se dan los últimos toques al proyecto definitivo de las bombas de inyección.

En 1925, el ingeniero suizo Alfred Büchi fue el primero en lograr la turboalimentación por gases de escape, obteniendo un aumento de potencia superior al 40 %. Esto marcó el inicio de la introducción paulatina de la turboalimentación en la industria automovilística.

1927

Inicia la producción en serie de bombas de inyección tipo mecánica con elementos en línea de la fábrica de Stuttgart.

1936

Mercedes presentó el primer vehículo de turismo con motor Diesel.

1938

Las primeras aplicaciones del turbocompresor se limitaban a motores enormes, como los motores marinos. En la industria de motores para automóviles, la turboalimentación empezó aplicándose a motores de camiones. Primer motor turboalimentado para camiones construido por la sociedad "Swiss Machine Works Saurer ".

Los 70`s

Con la introducción del turbocompresor en el deporte del motor, sobretodo en las carreras de Formula I, el motor turbocompresor para turismos adquirió una gran popularidad. La palabra "turbo" se puso muy de moda.

1973

Tras la primera crisis del petróleo, la turboalimentación fue más aceptada en aplicaciones Diesel comerciales. Hasta entonces, los elevados costes de las inversiones en

turboalimentación sólo se veían compensados por el ahorro en el coste del combustible, que era mínimo.

1978

El gran descubrimiento en turboalimentación para turismos llegó con la introducción del primer motor turbodiesel para turismos en el Mercedes-Benz 300 SD,

1981

El VW Golf Turbodiesel gracias al turbocompresor, se podía incrementar la eficiencia del coche con motor diesel, manteniendo prácticamente la misma "manejabilidad" que un motor de gasolina y con una reducción significativa de las emisiones.

1986

Nace oficialmente el sistema Common Rail de la marca automovilística Fiat, primera en aplicar este sistema de inyección Diesel.

1988

El modelo Croma DTI de Fiat es considerado el primer automóvil Diesel de inyección directa del mundo.

1988 a 1990

Se realizan estudios sobre el problema del ruido característico de los motores Diesel. Para remediar el problema del ruido o por lo menos disminuir el nivel sonoro, se realizó un estudio sobre el sistema de inyección directa más evolucionado denominado "Unijet", que entre otras ventajas importantes disminuía el consumo de combustible y el motor ofrecía un mayor rendimiento.

1990

Comienza la prefabricación del Unijet " desarrollado por Magneti Marelli, el centro de investigaciones de Fiat y Elasis sobre el principio de "Common Rail".

1994

Fiat decide elegir un socio que tuviera la máxima competencia en el campo del desarrollo de inyección diesel.

Consecuentemente se cede el proyecto a Robert Bosch para la parte final del trabajo, esto es el desarrollo final y la industrialización.

1997

Con el lanzamiento del Alfa 156 se presentó al mercado el motor turbodiesel Unijet (common rail inyección directa a alta presión) como novedad absoluta en el panorama automotriz de entonces, en versiones 1,9 JTD de 4 cilindros 105 CV y 2,4 JTD de 5 cilindros 136 CV..

Motores turbodiesel que mejoran las prestaciones en un 12% y el consumo en 15%.

2002

Fiat Auto presentó la segunda generación del propulsor "Common Rail", el JTD 16V con tecnología Multijet. El primero de esta nueva familia de motores fue el 1.9 de 140 CV instalado en el Fiat Stilo berlina y multi-wagon comercializados en los mercados europeos.

2003

En Europa el 44% de las ventas de vehículos de turismo son Diesel.

2005

Se espera que cerca del 50% de los automóviles de turismo sean Diesel.

CARACTERISTICAS GENERALES DEL MOTOR DIESEL:

El motor ensamblado

Aprovecha la energía calorífica del combustible para transformarla en energía mecánica y ofrecer así la fuerza motriz.

Estos sistemas, en combinación, permiten poner en marcha el motor y que siga funcionando por si mismo. El sistema de arranque pone en marcha el motor; el sistema de combustible suministra el gasoil para el arranque y funcionamiento normal del motor.; el sistema de enfriamiento controla la temperatura del motor; el sistema de lubricación hace que circule el aceite por las parte interna del motor para reducir la fricción y prevenir el desgaste; el sistema de admisión permite que el aire ingrese al motor sea directamente de la atmósfera o por medio de un compresor (turbo); el sistema de escape orienta los gases quemados y participa, en algunos casos, al funcionamiento del turbo.

Los motores Diesel de aplicación automotriz se utilizan en una serie de vehículos que van desde automóviles pequeños, en los cuales se da como opción al de gasolina (aunque hoy día, los clientes prefieren el Diesel por economía), hasta camiones pesados y equipo para movimiento de tierras. Para equipo pesado, los motores Diesel son de construcción robusta y producen toda la potencia y fuerza necesaria de acuerdo con el trabajo a realizar.

Sistema de arranque

Es un motor eléctrico de alta potencia que funciona con la batería. El objetivo es dar el impulso inicial al motor de combustión.

Sistema de combustible

Tiene la tarea de hacer circular el combustible desde el depósito hasta las cámaras de combustión del motor y permitir el retorno del combustible sobrante

El sistema de enfriamiento

Este sistema tiene la misión de mantener la temperatura del motor en un nivel ideal. Para esto utiliza un sistema mixto aire - líquido de refrigeración.

El sistema de lubricación

Las piezas internas del motor están sometidas a fricciones durante el funcionamiento. Este sistema permite aplicar un lubricante en estas zonas y reducir así los rozamientos. Existe la

lubricación bajo presión accionada por una bomba de aceite lubricación por salpique y lubricación por gravedad aprovechando el descenso del aceite hacia el carter.

Sistema de admisión de aire

La finalidad es orientar el aire hasta la parte interna del motor. Algunos motores poseen Turbocompresor que puede hacer ingresar aire a presión hacia los cilindros.

Partes

Conducto de entrada de aire.

Carcasa de filtro de aire.

Caudalímetro (Sensor de flujo) de aire.

Conducto de admisión de de aire.

Turbocompresor.

Elemento de regulación de presión de sobre alimentación.

Resonador de aire.

Conducto de admisión entrada intercambiador.

Intercambiador aire/aire.

Conducto admisión salida intercambiador.

Mariposa extranguladora.

Repartidor de admisión.

Colector de admisión delantero.

Colector de admisión trasero.

Sistema de escape

Tal como en el motor a gasolina, orienta el gas quemado hacia la atmósfera. Es posible también que accione una de las turbinas del turbo. Es posible encontrar también un elemento capaz de reducir el hollín.

PARTES DE UN MOTOR:

BLOQUE DEL MOTOR

El bloque motor o carter de cilindros es construido en fundición de hierro o aluminio.Es la parte más grande del motor.

La función de esta pieza es la de servir de soporte para partes internas y externas. Debido a los grandes esfuerzos y temperaturas que debe soportar, es una pieza que requiere de una especial construcción reforzada.

Culata

Es el elemento más característico del motor debido a varios factores:

Forma y disposición de la cámara de combustión.

Situación y tipo de los inyectores.

La forma del múltiple de admisión.

Cámaras o precámaras fabricadas en la misma culata o adaptadas.

Unión culata – Bloque por tornillos especiales debido a la alta compresión.

La función principal es la de ser lo suficientemente hermética para soportar la compresión y las presiones altas de combustión.

Carter

Representa el depósito de aceite desde el cual la bomba lo puede aspirar. Esta construido de lámina o aluminio. Hoy en día el Carter de aluminio se emplea bastante por su gran disipación térmica. Además, con los Cárteres construidos en aluminio es posible mejorar la rigidez del conjunto caja de velocidades – motor.

La función principal es la de mantener siempre aceite sin importar la condición de la ruta y evitar así que la bomba de aceite se quede sin aceite (se descebe)

Arbol de levas

Construido como una sola pieza en fundición compacto o tubular con levas. También es posible la construcción independiente del eje y las levas por separado. Las levas dispuestas en este eje tienen una geometría especial que determina la ley del eje de levas, o sea, determinar con gran precisión el momento de apertura y cierre de las válvulas según el tiempo motor La función principal es la empujar las válvulas del motor para descubrir unos orificios por los cuales es posible aspirar aire fresco hacia el cilindro o expulsar los gases quemados de la combustión.

Las válvulas

Ubicadas en la culata son accionadas por el árbol de levas para dar paso a los gases frescos (Admisión) y los gases quemados (Escape). El cierre de las mismas se logran gracias a unos resortes que obturan los orificios.

Los momentos de apertura y cierre estan determinados por la posición y la forma de las levas, además este movimiento esta coordinado para que sean posibles dos tiempos del motor. Generalmente hay dos vávulas por cilindro, pero en los motores de alto rendimiento el numero puede ser mayor. Por ejemplo cuatro valvulas por cilindro 2 de admisión y 2 de escape, siendo las vávulas de admisión más grandes que las de escape.

La distribución mecánica

La constituyen unos piñones fijados en el cigüeñal y el eje de levas en proporción 2:1 unidos por cadena o correa dentada.

La finalidad es la de lograr realizar el ciclo motor y permitir que el eje de levas gire coordinadamente con el movimiento de los pistones para que las vávulas cierren y abran con gran precisión para conseguir los tiempos motor.

En los motores multivalvulares es posible encontrar dos ejes de levas. Se aprovecha este mecanismo para darle movimiento a la bomba de inyección o a la bomba de alta presión como es el caso de los motores con Common Rail.

Los cilindros

Son los orificios guía para el movimiento lineal de los pistones. Su construcción es generalmete de fundición, conocidos en el lenguaje común como camisas que pueden ser:

Amóviles. Son cilindros Independientes del bloque, por lo que resulta fácil la extracción y reposición.

Secas. Son cilindro colocados enmangados en el bloque. Más conocidos como camisas secas o bloque encamisado.

Sin camisas. Los cilindros son maquinados directamente en el bloque. En este caso no existen las camisas. Más conocido como bloque seco.

El cigüeñal

Construido en acero forjado, es la parte del motor encargada de transformar el movimiento lineal del pistón en movimiento giratorio.

Seguidamente por intermedio del volante y el embrague este movimiento es transmitido al sistema de transmisión del vehículo.

Por su construcción es la pieza sobre la cual se determina la carrera del pistón. Posee además unas contrapesas encargadas de equilibrar el movimiento del mismo para reducir las vibraciones cuando el motor funciona.

La biela

Parte del motor que comunica el movimiento entre el pistón y el cigüeñal. Construida generalmente de fundicion de acero. La cabeza de la biela se conecta con el pistón por intermedio de un pasador o bulón y el pie de biela con el munón respectivo del cigüeñal. En esta parte el cugüeñal debe girar mientras que la biela se desplaza linealmente con un leve atelaje, por lo que es necesario disponer de unos rodamientos especiales llamados comunmente casquetes.

Los pistones y los anillos

Pistón o émbolo que se desplaza dentro del cilindro debido al empuje del cigüeñal por medio de la biela o por la alta presión que recibe debido a la combustión.

El conjunto cilindro, pistón y anillos tienen la finalidad de aumentar la presión en la cámara para quemar el combustible. Por este motivo la construcción y los materiales deben resistir el trabajo dentro del motor.

CARACTERISTICAS DEL COMBUSTIBLE:

Existen diferentes denominaciones del combustible correspondientes a diferentes calidades:

FUEL OIL o fuel doméstico que se utiliza en los grandes motores Diesel o sobre motores Diesel lentos.

EL GASOIL para los Diesel rápidos.

Características generales del gasoil:

No debe contener más de un 1% de azufre. El azufre es arrojado a la atmósfera por el tubo de escape. Es un gas nocivo porque produce corrosión y como se combina con el aire, es la causa de las lluvias ácidas.

Debe tener buen poder calorífico (10.000 calorías por litro, igual que la gasolina)

Debe ser muy volátil, es decir, tener una curva de destilación comprendida entre 260° y 370° C, buen índice de Cetano (índice indicativo de la inflamabilidad del gasoil).

Debe tener un punto de congelación que permita la utilización en tiempo frío.

Debe tener buen rendimiento (esto se obtiene en un motor patrón obteniendo la relación entre la energía dada por el combustible y la energía obtenida en el volante motor).

Debe tener igualmente la ventaja de un cierto poder lubricante.

EL PROCESO DE LA COMBUSTION

La combustión dentro del motor Diesel presenta algunas dificultades para que se realice. Aparentemente la combustión puede parecer que se produzca instantáneamente o con algún leve retardo, pero la realidad del proceso es lo bastante compleja como para requerir una serie de pasos previos todos los cuales necesitan a su vez períodos de tiempo más o menos cortos para realizarse. Para comenzar a comprender este tema, podemos inicialmente establecer tres grandes procesos en los que se puede clasificar la combustión:

Formación de la mezcla. Durante esta fase el combustible líquido es pulverizado por el inyector y debe mezclarse con el aire comprimido contenido en la cámara de combustión. En la realización de este proceso hay un tiempo corto y aún no ha empezado a quemarse el combustible.

Encendido. Se produce la oxidación del combustible y el encendido localizado del mismo. Se considera el inicio de este proceso cuando la primera molécula de combustible inicia la combustión.

Combustión general. Aumenta la temperatura de la cámara con lo que se produce la completa oxidación de todo el combustible. La quema de todo el combustible conllevará un tiempo. El combustible no se quema instantáneamente.

Vamos a ver que sucede en el motor durante cada uno de los procesos de la combustión.

Consideremos un pistón que hace el tiempo de compresión y combustión.

El segmento FB - SB representa el instante durante el cual la bomba de inyección comienza empuja el combustible FB y éste comienza a entrar en la cámara de combustión SB.

Corresponde a las demoras físicas originadas en los elementos de bombeo de la bomba, el paso por la tubería y el movimiento de la aguja del inyector antes de que el combustible salga hacia la cámara.

Para remediar en parte este inconveniente, se precisa que el inicio del bombeo del combustible se realice antes del PMS. A esto se le denomina EL TIEMPO DE INYECCION.

MOTORES DIESEL DE INYECCION INDIRECTA

Motores Diesel de inyección indirecta

Para lograr aumentar el régimen de giro, es necesario conseguir que la combustión se realice lo más rápido posible en la cámara de combustión, con sus demoras físicas y químicas reducidas al mínimo.

Se considera inyección indirecta a aquella que se produce en una precámara construida en la culata o en una precámara postiza ajustada a un orifico de la culata. Es decir, la inyección de combustible no se aplica sobre el pistón directamente sino en lugar aparte en una pequeña cámara de la culata localizada encima del pistón.

La cámara de combustión en un motor Diesel es el espacio dentro del cual el inyector atomiza el combustible. Este espacio es construido directamente en la culata o es una pieza postiza colocada en la culata con gran precisión.

Para tener la certeza de que se quema todo el combustible atomizado, se emplean distintos tipos de cámaras de combustión en diferentes motores. Cualquiera que sea el sistema, la cámara debe ser adecuada para:

Producir las elevadas presiones de compresión requeridas para ocasionar las altas temperaturas necesarias para la inflamación o ignición.

Hacer que el combustible inyectado se mezcle por completo con el aire de la cámara de combustión para obtener combustión completa y máxima potencia del combustible

Tipos de inyección indirecta

Existen varios tipos de inyección indirecta dependiendo de la forma como se ha construido la precámara de combustión. Podemos citar tres clases de inyección indirecta a manera de ejemplo como las más utilizadas en los motores Diesel:

Inyección con cámara de precombustión.

El inyector tiene un solo agujero o aguja que desemboca directamente en la cámara de precombustión, que representa alrededor de 1/3 del volumen de la cámara total. Esta cámara, situada en un punto no refrigerado de la culata, comunica con la cámara principal por uno o varios orificios de forma determinada.

Esta cámara puede estar adosada. Relación volumétrica entre 15:1 a 19:1

Inyección con cámara de turbulencia (Ricardo – Comet).

El inyector de aguja desemboca en la cámara de “Turbulencia” que representa alrededor delo 2/3 del volumen total de la cámara. Esta cámara, situada en una parte no refrigerada de la culata, comunica con la cámara principal por un orificio de gran sección y de forma circular.

La inyección se realiza sobre una de las paredes de la cámara para dar un movimiento de turbulencia al combustible desde el momento que comienza a salir del inyector, garantizando así que todo el combustible inyectado se unirá al aire que gira a gran velocidad dentro de la cámara. Relación volumétrica entre 18:1 a 22:1.

Más información sobre la inyección tipo Ricardo Comet

Inyección con cámara auxiliar de reserva de aire. (Célula de Energía).

El inyector es de aguja y desemboca en la cámara de tal manera que su eje de simetría esta dirigido hacia la entrada de la cámara auxiliar. Esta cámara está subdividida en dos partes: la reserva de aire tiene por misión crear una mejor turbulencia, ya sea por una combustión previa o para detonar el aire almacenado bajo presión durante la compresión, la otra parte de la cámara esta diseñada para recibir el chorro de inyección e iniciar así la mezcla gracias a que también en este tipo de cámara se produce turbulencia en el momento de la compresión.