UNIVERSIDAD DEL AZUAY INGENIERIA AUTOMOTRIZ SEMINARIO DE INYECCION DIESEL EL MOTOR DIESEL Ing. MAURICIO BARROS 2014- 21 JULIO.

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1 UNIVERSIDAD DEL AZUAY INGENIERIA AUTOMOTRIZ SEMINARIO DE INYECCION DIESEL EL MOTOR DIESEL Ing. MAURICIO BARROS JULIO

2 EL MOTOR DIESEL

3 GENERALIDADES El motor diesel fue inventado por el alemán RUDOLPH DIESEL en el año de 1892, año en el cual crea una patente de un motor basado en el funcionamiento del ciclo Otto, pero con la diferencia del tipo de encendido, ya que lo efectuaba mediante la presión del combustible inyectado.

4 Este motor es uno mas de los alternativos diferenciándose en el sistema de alimentación y la forma de realizar la combustión, ya que por lo demás elementos constitutivos son similares a los de un motor de explosión. Al utilizar un combustible mas pesado también se requiere de una relación de compresión mucho mas elevada de entre 14:1 y 23:1.

5 Debido a las elevadas presiones de compresión que van desde 30 a 50 bar y temperaturas alcanzadas entre 500 a 600ºC, en el interior del cilindro pues se comprime solamente aire. Otra de las generalidades de este motor es la presión de inyección que va desde 100 a 300 bar de presión (motores antiguos) y hasta 1000 bar (motores modernos). Para el funcionamiento adecuado se requiere de un sistema capaz de elevar la presión, dosificar y pulverizar el combustible.

6 CICLO OPERATIVO El ciclo operativo del motor diesel es similar al de un motor Otto ya que posee las mismas fases en las cuales desarrollara el trabajo para el funcionamiento del mismo, diferenciándose únicamente en la forma de combustión, la forma de alimentación y el combustible utilizado.

7 Como condiciones para la combustión interna de un motor diesel,
AIRE COMBUSTIBLE SE REQUIERE

8 Y LOS FACTORES QUE IMPLICAN LA COMBUSTION IDEAL
Máximo rendimiento O menor consumo de combustible Y LOS FACTORES QUE IMPLICAN LA COMBUSTION IDEAL Mayor número de RPM Mayor Torque Mayor Potencia SON: Menor cantidad de emisiones Contaminantes O residuos de combustión

9 Mezcla combustible aire
Motor de gasolina Motor de Diesel

10 MOTOR A GASOLINA Admisión Compresión Potencia Escape 300°F y 450 PSI

11 MOTOR DIESEL Admisión Compresión Potencia Escape 1292ºF y 399 PSI

12 PRIMERA FASE: ADMISION
En este primer tiempo el émbolo efectúa su primera carrera o desplazamiento desde el PMS al PMI, aspirando aire de la atmósfera, debidamente purificado a través del filtro. El aire pasa por el colector y la válvula de admisión, que permanece abierta, con objeto de llenar todo el cilindro. Durante este tiempo, la muñequilla del cigüeñal gira 180º

13 SEGUNDA FASE: COMPRESION
En este segundo tiempo y con las dos válvulas completamente cerradas el émbolo, en su carrera ascendente, comprime el aire a gran presión, quedando alojado en la cámara de combustión. La muñequilla del cigüeñal gira otros 180° y completa la primera vuelta del árbol motriz.

14 SEGUNDA FASE: COMPRESION
La presión alcanzada en el interior de la cámara de combustión mantiene la temperatura del aire por encima de los 500ºC, superior al punto de inflamación del combustible, para lo cual la relación de compresión tiene que ser elevada. El volante de inercia aporta una cantidad de energía que se transforma en calor absorbido por el aire.

15 TERCERA FASE: TRABAJO Al final de la compresión con el émbolo en su PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro, en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección. Como la presión en el interior del cilindro es muy elevada, para que el combustible pueda entrar la inyección debe realizarse a una presión muy superior, entre 150 y 200 atmósferas, que suministra la bomba.

16 TERCERA FASE: TRABAJO El combustible, finalmente pulverizado, se inflama en contacto con el aire caliente, produciéndose la combustión del mismo. Se eleva entonces la temperatura interna, que mantiene constante la presión mientras dura la inyección o aportación de calor y, a continuación, se realiza la expansión y desplazamiento del émbolo hacia el PMI. Durante este tiempo, o carrera de trabajo, el émbolo efectúa su tercer recorrido y la muñequilla del cigüeñal gira otros 180º.

17 CUARTA FASE: ESCAPE Durante este cuarto tiempo, la válvula de escape permanece abierta y el émbolo, durante su recorrido ascendente, efectúa el barrido de gases quemados que salen al exterior por este válvula. La muñequilla del cigüeñal efectúa otro giro de 180º, completando las dos vueltas del árbol motriz que corresponde al ciclo completo de trabajo.

18 DIAGRAMA DEL CICLO TEORICO
Representando en un sistema de ejes coordenados, p = f (V), el funciona-miento teórico de estos motores durante sus fases de trabajo, el trabajo desarrollado en el ciclo queda determinado en el diagrama de la figura. Durante el primer recorrido del émbolo (1-2) el cilindro se llena totalmente de aire, ocupando todo el volumen que se mantiene constante a la presión atmosférica, por lo que este recorrido es isóbaro (p = K).

19 DIAGRAMA DEL CICLO TEORICO
Durante el segundo recorrido (2-3), el aire es comprimido en la cámara de Combustión que alcanza en el punto (3) presiones del orden de 35 a 50 kgf/cm2. Suponiendo este recorrido adiabático (sin pérdidas de calor) la temperatura alcanzada al finalizar la compresión depende del trabajo aportado por el volante para comprimir el aire. El valor de la misma supera los 500ºC, temperatura adecuada para producir la inflamación del combustible. Durante el tiempo que dura la inyección, el émbolo inicia su descenso [con un recorrido (3-4), a presión constante, debido a que el combustible se quema progresivamente a medida que entra en el cilindro (retraso de combustión), compensando el aumento de volumen con la aportación de calor (Q1).

20 Terminada la inyección se produce la expansión (4-5), lo que hace decrecer la presión interna a medida que el cilindro aumenta de volumen. Suponiendo éste desplazamiento también adiabático, la diferencia de temperatura entre los puntos 4 y 5 se habrá transformado en trabajo mecánico. En el punto (5) se abre la válvula de escape y los gases quemados salen rápidamente al exterior, bajando la presión interna teóricamente a la presión atmosférica (isócora 5-2). El calor residual (Q2) no transformado en trabajo es cedido a la atmósfera. El resto de gases residuales es barrido del cilindro por el émbolo durante su recorrido de escape (2-1), llegando el mismo al PMS, donde se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión para iniciar un nuevo ciclo.

21 Como se puede observar, este ciclo difiere ligeramente del ciclo Otto, obtenido en los motores de explosión, en que la aportación de calor se realiza a presión constante, con una carrera de trabajo en dos fases, una a presión constante (3-4) y otra adiabática (4-5). El trabajo resultante o trabajo útil (Tu) es igual al trabajo total desarrollado (Tt), menos el trabajo aportado (Ta), equivalente a la superficie del diagrama de la figura.

22 DIAGRAMA DE CICLO MIXTO
En los motores rápidos aplicados a vehículos de tracción se puede obtener un ciclo mixto, a base de modificar el sistema de combustión. Para ello se utilizan unas precámaras de combustión que, durante la compresión, crean una turbulencia en el aire comprimido que mantiene la temperatura uniforme en todos los puntos de la cámara. De esta forma, al inyectar el combustible, la mezcla con el aire se produce con mayor rapidez y uniformidad y, en consecuencia, aumenta la velocidad de combustión de aquella. Con esta mejora, complementada por un adelanto a la inyección (que se inicia unos grados antes de que el émbolo llegue al PMS), se consigue que la presión en estas recámaras se eleve sin afectar apenas el desplazamiento del émbolo.

23 En estas condiciones, el diagrama de estos motores queda modificado en su fase de combustión, la cual se realiza, en su mayor parte, a volumen constante, elevando la presión (3-4) en el interior de la precámara y saliendo a la cámara principal de una forma lenta y progresiva debido a la disposición de la misma. Así se consigue que el recorrido (4-5) hasta el final de la combustión sea lo más corto posible y se obtiene un mayor recorrido de expansión. Esta disposición permite que la marcha de estos motores sea más suave y se elimina en gran parte la trepidación característica de los mismos. En estas condiciones se desarrolla un trabajo más equilibrado y el par motor es más uniforme.

24 DIFERENCIAS DEL CICLO REAL CORREGIDO CON EL TEORICO
Por rozamiento del aire en los conductos de admisión y el paso de la válvula. La presión durante la admisión se realiza en condición inferior a la atmosférica, como resultado el cilindro no se llena completamente, (por condiciones geográficas y atmosféricas). El cilindro contiene aire a presión inferior a la atmosférica por tanto no se consigue compresión hasta que el embolo haya recorrido parte de su carrera ascendente, por tanto se parte de un volumen inferior al teórico.

25 Al describir el ciclo mixto la combustión no es enteramente a presión constante, ya que es imposible regular la inyección de forma que la progresiva combustión de las gotas de combustible compensen la caída de presión que se origina por el aumento de volumen de la cámara al separarse el embolo de PMS. Para ello debería arder inmediatamente después de ingresar en el cilindro, pero a pesar de la optima pulverización conseguida por la inyección por aire, es necesario un lapso de tiempo para que el calor penetre en las gotas y eleve su temperatura hasta el momento en que se inflame y se inicie la combustión. Este tiempo se denomina de encendido y es brevísimo.

26 A esto unido las perdidas de calor a través de las paredes del cilindro y a las fugas por segmentos y asientos de válvula, lo cual da una línea de compresión en el diagrama por debajo de la teórica y en consecuencia se obtendrá una compresión final inferior.

27 En los motores de inyección directa la fase de combustión a volumen constante es imposible de conseguir debido al retraso del encendido y al no ser la combustión instantánea, no se puede desarrollar del todo en el PMS. Debido a que la combustión se inicia a menor presión como el teórico, lo máximo alcanzado es también menor, también hay perdidas de calor durante la expansión, resulta que la línea de expansión nos da una menor presión en el diagrama real. Por otro lado la válvula de escape se habrá antes que el embolo llegue al PMI por lo que no dura la carrera completa.

28 El escape debido a los rozamientos de los gases con las paredes del cilindro, el paso por la válvula y conductos se realiza a presión superior a la atmosférica. Los gases de escape se mezclan con el aire aspirado, impidiendo ( falta de aire puro) inyectar todo el combustible que es capaz la cilindrada. En la aspiración no penetra todo el aire hasta que la presión de los gases dentro del cilindro sea igual a la atmosférica.

29 COTAS DE REGLAJE

30 COTAS DE REGLAJE En los motores Diesel, el adelanto y retraso en las cotas de distribución pueden ser mayores, con lo cual el cruce de válvulas es también mayor. Ahora bien, como el único defecto de este cruce está en la evacuación de los gases frescos, al ser llenados estos motores solamente con aire, no es importante la evacuación de una parte del mismo porque, a pesar de todo, se obtiene mejor barrido de gases residuales y llenado del cilindro con aire más puro. El avance a la inyección se realiza de forma que casi todo el combustible es inyectado antes de que el pistón alcance el PMS, con lo cual se eleva enormemente la presión y se reduce al máximo el retardo en la combustión.

31 Motor Rápido de 4 tiempos
Valores de Distribución para motores de inyección por aire Tipo de Motor AAA RCA AAE RCE AI RI Motor Lento de 4 tiempos 10 a 20º 5 a 25º 20 a 30º 5 a 15º 2 a 7º 35 a 45º Motor Rápido de 4 tiempos 20 a 25º 25 a 45º 15 a 20º 5 a 11º 40 a 50º

32 Valores de Distribución para motores de inyección directa
Tipo de Motor AAA RCA AAE RCE AI RI Motor Lento de 4 tiempos (grandes) 5 a 30º 30 a 50º 10 a 20º Motor Rápido de 4 tiempos (Vehicular) 0 a 30º 31 a 50º 30 a 55º 5 a 40º 10 a 30º 0 a 25º Motor de 4 Tiempos sobrealimentado 45 a 55º 70 a 85º 10 a 25º 0 a 20º

33 DIAGRAMA REAL CORREGIDO
El ciclo practico en estos motores por medio de las cotas de reglaje, con el objeto de compensar los defectos de llenado y evacuado de gases, proporciona un diagrama que se asemeja mucho al de los motores Otto, pero con un rendimiento térmico mucho mas elevad, al ser mayor el grado de compresión.

34 COMO MEJORAR EL CICLO REAL
ADMISION: Válvula de admisión se habré antes del PMS y se cierra después de PMI. Con esto se consigue un mejor llenado del cilindro ya que por inercia de los gases seguirá ingresando aire después que haya pasado del PMI. COMPRESION: Se inicia al cerrase la válvula de admisión y termina en el PMS.

35 INYECCION: Por el tiempo que necesitan las partículas de combustible para calentarse y alcanzar la temperatura de combustión se hace necesario introducir el combustible antes de que el embolo alcance el PMS con el fin de que este arda con el embolo en el PMS, así logrando una carrera de expansión mayor. Este avance para motores lentos es de 2 a 7º APMS y para rápidos de 5 a 11º APMS. En motores de inyección por aire lentos la inyección dura de 35 a 40º después del PMS y en motores rápidos de 40 a 50º.

36 El avance de la inyección depende de tres factores:
La naturaleza del combustible: A mayor punto de encendido mas grande será el retraso del encendido y mayor el avance exigido. Velocidad de giro del motor: A mayor giro mayor avance de inyección para que el combustible tenga tiempo de encenderse. La perfección de la pulverización: A medida que las gotas son mas pequeñas el calor tarda menos en penetrar su masa, por tanto arderá antes.

37 ESCAPE: Se inicia muy próximo al PMI al abrirse la válvula de escape el embolo empuja en su carrera ascendente el resto de gases, la válvula se cierra luego del PMS.

38 COMPARACIONES ENTRE EL MOTOR GASOLINA Y DIESEL
ADMISION.-Aspiración de aire + gasolina. COMPRESION.-Compresión de una mezcla aire-gasolina(10 a 15 bar),temperatura 300º y relación volumétrica de 7/1 a 10/1. COMBUSTION.-Encendido de la mezcla aire gasolina por chispa eléctrica. ESCAPE.- Evacuación de los gases de escape. ADMISION.-aspiración de aire puro COMPRESION.- Compresión elevada del aire(30 a 40 bar) temperatura de 600º, delación volumétrica 18/1 a 22/1. COMBUSTION.- Inyección de diesel con fuerte presión ( bar), y se inflama con el aire sobrecalentado. ESCAPE.- Evacuación del gas quemado.

39 DE ORDEN TERMICO Rendimiento térmico del 24%.
Peso por unidad de potencia del motor CV: 500gr. Contaminación superior en CO. A plena carga gases mas incoloros. Órganos mas ligeros y livianos. Órganos auxiliares: carburación y encendido de menor costo. Los órganos auxiliares necesitan continuo mantenimiento. Están al alcance del personal técnico medio. Elasticidad entre amplios limites. Ruido aceptable. Rendimiento térmico del 35-40%. Peso motor conseguido por CV:800gr. Contaminación inferior en CO. A plena carga gases de escape mas notables. Órganos de mayor resistencia mas pesados. Órganos de inyección: Bomba e inyectores de mayor peso. No necesitan de mantenimiento continuo. Se necesita de personal mas capacitado para el soporte técnico. Mayor ruido Menor elasticidad.

40 VENTAJAS Menor consumo de combustible (un 30% menos)
Mayor rendimiento térmico, lo que se transforma en potencia util (un 35%). El costo del combustibles menor. Menor emisión de gases contaminantes, solo NO. Prácticamente no existe riesgo de incendio. El motor al ser constructivamente mas robusto y lento se alarga la vida util del mismo. En términos generales posee menor cantidad de averías. Resulta mas rentable para largos recorridos.

41 DESVENTAJAS Por su construcción y mayor peso necesita bastidores y suspensiones mas resistentes. El motor y la complejidad de la inyección le dan un costo mas elevado. Algunas reparaciones resultan mas costosas debido a la tecnología y a la especialización que requieren. Algunos motores presentan mayor ruido y vibraciones. Menor régimen de RPM. Arranque mas fácil. Se deben utilizar lubricantes de mayor calidad.

42 Relación de compresión = B
Diesel 2.5 Lt Gasolina 2.2 Lt Relación de compresión 18.4 : : 1 A B PMS PMI Relación de compresión = B A