Squish, tumble y Swirl. Squish En algunos diseños el pistón se acerca mucho a la tapa de cilindros, y la corona del pistón o la tapa de cilindros poseen una cavidad, también llamada cámara secundaria, Fig. 3.1. A medida que el pistón se acerca al P.M.S., la mezcla expulsada de las zonas donde el pistón queda muy cerca de la tapa, y es forzada a ingresar a la cavidad o cámara secundaria. En este caso la mezcla es comprimida creando movimientos organizados o coherentes, que posteriormente se descomponen en turbulencia. Este fenómeno se conoce como squish.
Otra forma de generar squish, es como dije antes, haciendo un borde con un espesor de entre 0,5 y 1 mm y una inclinacion de entre 5 y 7 grados, que ocupe el 25% por ciento del piston. Se requiere un minimo de 11.1 de compresion. Con esto se logra un empuje hacia la camara de compresion, permite que el proceso de compresion sea mas rapido favoreciendo menos trabajo de la compresion, presiones de compresion mas altas, mas expansion de trabajo, coordinacion en la ignicion ... es decir mas potencia. Hay que saber que aunque el squish es beneficioso, no siempre es mejor, si hay mucho angulo de squish, se causa mayor turbulencia que nos puede producir una detonacion causando golpes bruscos en el motor o un agujero en la cabeza del piston. Swirl Es el movimiento típico de la carga en los motores con dos válvulas por cilindro, es un movimiento de rotación alrededor del eje del cilindro. Dependiendo del diseño de la cámara de combustión, no siempre se descompone en micro turbulencia en el P.M.S., no obstante esta elección es una estrategia del diseñador. Tumble Es característico de los motores con cuatro válvulas por cilindro, y consiste en un movimiento de rotación alrededor de un eje que es normal al eje del cilindro. Se ha observado que este movimiento de rotación se descompone en micro turbulencia a medida que el pistón se acerca 1
P.M.S., aumentando la energía cinética turbulenta dentro del cilindro. Hay varias razones por las cuales es conveniente inducir swirl y/o tumble. Estos movimientos aumentan la turbulencia dentro del cilindro. Elevados valores de turbulencia producen mayores velocidades efectivas del frente de llama. En síntesis, el objetivo de inducir swirl o tumble es siempre el mismo: generar mayores niveles de turbulencia en el momento de la ignición. Si la mezcla es rica, la mayor velocidad del frente de llama permite completar la combustión antes de que se produzca la auto ignición o detonancia de la última fracción de mezcla sin quemar, y permite además aumentar la relación de compresión. Esta fue la motivación que llevo a investigar sobre estos movimientos en los inicios de los motores alternativos de encendido por chispa, cuando el combustible disponible tenia bajo numero de octanos. Ductos para inducir Swirl Como se ha mencionado anteriormente, el swirl es la rotación de la carga alrededor de un eje paralelo al eje del cilindro. El swirl inducido es producido posicionando el ducto de admisión a un lado del cilindro, de esta forma el flujo resultante será descargado tangencialmente al cilindro. A continuación se presentan varios ductos que producen aproximadamente el mismo índice de swirl. Todos estos ductos presentan disminución del coeficiente de descarga, ello debido a los cambios de dirección que experimenta el flujo que los atraviesa. Ducto recto La carga atraviesa un ducto recto y estrecho en su paso hacia la válvula de admisión, ingresando en la dirección tangencial deseada con respecto al eje del cilindro, Fig. 5.6. Entonces descarga tangencialmente a la pared del cilindro, siendo desviado lateralmente y hacia abajo formando una hélice o movimiento giratorio. Si bien consiste en un pasaje recto, presenta gran restricción al paso del flujo y por ello posee el menor coeficiente de descarga.
Ducto con pared deflectora La carga fluye por un ducto levemente curvo y estrecho, así, las paredes del ducto dan al flujo movimiento semicircular en su paso hacia la válvula de admisión, Fig. 5.7. La pared deflectora es la pared interna del ducto, que obliga al flujo a moverse sobre la pared externa del ducto, y al atravesar la válvula de admisión se desplaza en la dirección tangencial requerida, descargándose en el cilindro con un movimiento en espiral descendente alrededor del eje del mismo. El flujo tiende a depender de la geometría de la pared curva exterior del ducto y sólo parcialmente de la pared interior para obtener el efecto direccional, por lo tanto las áreas del ducto son menos restrictivas.
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Ducto de válvulas enmascarado Otra forma de inducir el swirl es “enmascarando” la válvula de admisión, es decir, restringiendo el paso del flujo en una dirección mediante una especie de tabique. El tipo de enmascarado depende si el tabique es solidario a la válvula de admisión o si se encuentra construido en la tapa de cilindros. En el primer caso, la carga se hace fluir por un ducto recto y paralelo hacia la válvula de admisión donde el tabique solidario a la válvula lo obliga a fluir entre la pared de la cámara, próxima a la válvula de admisión, descargándose en el cilindro con un movimiento arremolinando y descendente, respetando el sentido del flujo que tenia dentro del ducto, Fig. 5.8. Este sistema muy rara vez es utilizado en motores de producción en serie dado que no es posible que la válvula de admisión gire alrededor de su propio eje. Normalmente, una válvula gira levemente en cada alzada a efectos de homogeneizar la temperatura y desgaste de la copa de válvula.
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En el segundo caso, donde el tabique es solidario a la tapa de cilindros, se evita este inconveniente y la válvula puede girar libremente, siendo este sistema adaptado fácilmente a los motores de fabricación seriada.
Así, el movimiento resultante de la mezcla genera swirl que al principio se ensancha y luego se contrae alrededor el eje del cilindro durante las carreras de admisión y de compresión respectivamente. Al contrario que en la admisión, durante la carrera de escape, los gases quemados son guiados suavemente por la pared circular vertical y el techo curvo de la cámara, de esta forma hay menor resistencia que se opone a la expulsión de los gases del escape. Ductos helicoidales: Generación de Pre-Swirl El swirl es generado dentro del ducto, aguas arriba del asiento de válvula y alrededor de su eje antes de que el aire o mezcla ingresen al cilindro, por esto toma el nombre de pre-swirl, Fig. 5.10. El flujo de la carga dentro del ducto de admisión es guiado por las paredes del ducto, que lo hace dar vueltas en espiral y hacia abajo formando una hélice por encima del asiento de la válvula. Por lo tanto, cuando ingresa al cilindro ha adquirido un movimiento giratorio de swirl que continua mientras es succionado hacia el cilindro durante la carrera de admisión. La intensidad del pre-swirl depende del ángulo de hélice y el diámetro del ducto alrededor del vástago de la válvula. Los ductos helicoidales proporcionan la descarga de mayor cantidad de mezcla para un índice de swirl equivalente, comparado con puertos directos, porque es posible utilizar toda la periferia de la apertura de válvula, y como resultado se pueden obtener eficiencias volumétricas más elevadas a régimen medio del motor. Consecuentemente, los ductos helicoidales presentan mayor coeficiente de descarga que los ductos rectos. 4
Estos ductos son menos sensibles a su posición relativa al eje del cilindro ya que el swirl generado depende principalmente en la geometría del ducto por encima de la válvula y de cómo ingresa al cilindro. Generalmente. la magnitud del swirl aumenta al aumentar la alzada de válvula. Sin embargo, los ductos helicoidales de gran inducción de swirl sufren de una pérdida de eficiencia volumétrica del orden 5 a 10% a elevado régimen del motor (debido a la caída de presión a través de la válvula cuando se genera el swirl).
Métodos para controlar el Swirl Tapa de cilindros de dos válvulas Este sistema se utiliza para aumentar el swirl de la mezcla en condiciones de carga moderada del motor y con la mariposa parcialmente abierta, al mismo tiempo que mantiene gran capacidad de flujo bajo carga pesada y apertura completa de la mariposa. Esta doble función es obtenida dividiendo en dos partes el ducto de admisión, aguas arriba de la válvula de admisión, mediante un tabique. El paso del flujo por la mitad exterior del ducto está siempre abierto y se conoce como el pasaje helicoidal primario, mientras que la mitad interior del paso tiene una válvula del control de swirl a la entrada y es conocido como el desvió secundario. Principio operativo Carga moderada y mariposa parcialmente abierta: Con la mariposa parcialmente abierta con la válvula de control de swirl se cierra, haciendo que toda la mezcla que ingresa el cilindro pase a través del pasaje helicoidal primario. La sección de paso, menor a la del ducto, acelera el flujo de la mezcla y lo dirige tangencialmente al cilindro, induciendo gran cantidad de swirl. Esto es fundamental si se debe obtener una ignición rápida de mezcla pobre, sin fallas en la combustión. Mezclas pobres con relaciones de hasta 22: 1 se pueden quemar en forma, Fig.A. Carga pesada y mariposa completamente abierta: Con la mariposa completamente abierta, y el motor sometido a carga pesada, la válvula de control de swirl se abre haciendo que la sección de paso del flujo aumente considerablemente. La mezcla fluirá en este caso por ambas mitades del ducto, reduciendo la velocidad del flujo (debido al aumento de la sección del pasaje) al mismo tiempo que eleva la densidad de la mezcla que ingresa al cilindro. 5
La mezcla que atraviesa el desvió secundario interceptara de forma parcial a corriente primaria del flujo (proveniente del pasaje helicoidal primario) reduciendo la intensidad resultante del swirl en el cilindro. Esta condición es necesaria a elevado régimen del motor para mantener la eficiencia y obligar al swirl a que cumpla con los requisitos de la combustión a régimen elevado. Fig B
Tapa de cilindro de cuatro válvulas Este sistema de admisión de ductos gemelos, tiene una válvula de control de swirl en el ducto de la válvula de admisión secundaria, mientras que el ducto primario se divide con un tabique de forma que la mitad exterior del ducto está permanentemente abierto. La otra mitad del ducto primario, la interior, es alimentada por el ducto secundario, donde el flujo es regulado por la válvula del control de swirl. Principio operativo Carga moderada y mariposa parcialmente abierta: Para aprovechar los beneficios de elevada velocidad de la mezcla en el ducto de admisión y gran intensidad de swirl en el cilindro (ambos necesarios si el motor debe quemar mezclas muy pobres en condiciones de carga moderada), la válvula del control de swirl se cierra. Por lo tanto, la mezcla se ve forzada a ingresar al cilindro por 6
la mitad exterior del ducto primario, y la reducción de sección acelera el movimiento de la mezcla y aumenta la cantidad swirl en el cilindro, Fig.A. Carga pesada y mariposa completamente abierta: Si aumenta el régimen y la carga del motor, el ducto primario ya no puede abastecer la mezcla que demanda el cilindro, y en un punto determinado la válvula del control de swirl deberá abrirse. La mezcla comienza a fluir por los dos ductos, la sección transversal de paso aumenta considerablemente y se reduce la velocidad de la mezcla, generando un aumento en su densidad e ingreso de mayor cantidad de mezcla a los cilindros. El swirl que proviene del ducto de baja velocidad será equilibrado por el flujo del ducto de alta velocidad. El resultado convierte el movimiento de swirl espiral básico en una combinación de swirl y tumble. Con este movimiento resultante el frente de llama puede viajar por la cámara de combustión a alta velocidad, así es posible completar la combustión en forma satisfactoria y en mínimo tiempo, Fig. B.
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Sobrealimentación dinámica en los cilindros de los motores de combustión interna. Hacia el 7
final de la fase de admisión, la inercia de la carga fresca contenida en el conducto de admisión, que está decelerando, hace que la presión aumente inmediatamente antes de la válvula. Este fenómeno también se verifica después de que haya sido superado el punto muerto inferior, da manera tanto más considerable cuanto mayor sea el número de revoluciones y la longitud del conducto. Para aprovechar esta mayor presión, y permitir así un mayor llenado, es preciso cerrar la válvula un poco después del punto muerto inferior, debiendo ser el retraso de dicho cierre tanto mayor cuanto más alta sea la velocidad del motor y cuanto más largo el conducto de admisión. Para aumentar aún más la presión antes de la válvula en condiciones próximas a su cierre, pueden emplearse los fenómenos de resonancia de la columna fluida. Al comienzo de la admisión, la mezcla contenida en el conducto se pone en marcha a causa de la diferencia de presión entre el cilindro y el conducto. De la válvula parte una onda de vacío que, al llegar a la entrada del conducto, se refleja formando una onda de compresión, provocada por la inercia de la masa de aire en movimiento. Si ésta llega a la válvula cuando está a punto de cerrarse, puede obtenerse un efecto ram (= ariete) todavía mayor, hasta el punto de que, en el momento del cierre de la válvula de admisión, la presión en el interior del cilindro puede resultar superior a la presión ambiental, a pesar de las pérdidas de carga en el conducto y en la válvula. El efecto ram no debe confundirse con el efecto de onda estacionaria que se crea por resonancia en el conducto durante el período en que la válvula de admisión está cerrada. Esta onda, producida por efecto de la sobrepre-sión en el momento de cerrar la válvula, se refleja varias veces en los dos extremos (abierto y cerrado). Si en el momento de la apertura de la válvula de admisión llega del extremo abierto una onda de compresión, se obtendrá un efecto positivo que ayudará a la total expulsión de los gases quemados de la cámara de combustión, pero cuya influencia no irá más allá del arco de cruce. El grado final de llenado estará poco influido por esta onda, de importancia muy inferior al efecto ram.
Efecto RAM: Con este tema, van a entender lo de estar "sintonizado"...el efecto RAM en el motor, es el efecto de resonancia que recibe la mezcla y que permite que una carga extra de mezcla ingrese al cilindro, produciendo una sobrealimentacion en forma natural. El efecto, se produce, cuando la valvula se cierra y la mezcla va y viene dentro del conducto (lo que sucede cuando uno golpea un fierro, el pulso va y viene varias veces). Para que esto se produzca, la entrada de admision (desde donde ingresa el aire hasta la valvula) deben tener la longitud correcta de acuerdo al regimen que nosotros queremos que el motor funcione. El segundo pulso es el mejor, pero tmb se usan el 3ro y 4to si tenemos menos espacio: Armonico Calculo RPM minima RPM maxima Fuerza del pulso 2nd.........132,000/RPM......89%........108%..........+-10% 3rd..........97,000/RPM........91%........104%..........+- 07% 4th..........74,000/RPM........93%........104%..........+- 04% Por ejemplo: 132000/7000 rpm= 18.85 pulg a mm x 25,4= 478,97 mm (desde la entrada de aire hasta la valvula) A su vez, va a recibir el efecto entre, 7000 rpm x 89%= 6230 rpm de minimo 8
y hasta las, 7000 rpm x 108%= 7560 RPM de maximo Con el 3er armonico, 97000/7000rpm=13.85 pulg a mm= 351.97 mm (multilple mas corto) Perdon gente, estaba medio ocupado ultimamente, haciendo unos trabajitos para ir tirando (no consigo trabajo :mad:) La verdad que de Squish y de Swirl no tengo mucha info, pero voy a tratar de revisar que tengo o de buscar por la net y de entenderla...con respecto al tema valvulas, hay varios parametros para calcular el tamaño tanto de admision como de escape. Lo que yo tengo es esto: En admision: En camaras con forma de cuña, se toma la valvula de admision el 52% del diametro del cilindro. Ej: haciendo numeros redondos, en un cilindro de 100 mm, una valvula de 52 mm. En camaras semiesfericas, se toma hasta el 57%, por el espacio extra que nos da la forma. En Escape. Se debe mantener la presion de flujo por encima del 65% y hasta un 90% del flujo de admision. Para lograr esto, se estima que el tamaño de valvula debe ser del 77 al 80% del diametro de la valvula de admision. Segun el libro de Graham Bell (perdon la traduccion, salio como pude): El flujo de escape, debe ser de entre el 65 y 68% del de admision, para autos de picada y rally. De entre 70 y 73% para autos de pista. La valvula de escape, debe ser de entre 78 y 82% el diametro de la de admision, en camaras con forma de de cuña y de bañera y entre el 81 y 85% en camaras hemiesfericas y pent roof (tipo techo a dos aguas) Segun el libro de Stefano Gillieri: Se calcula con la formula: D= V x rpm 3,14 x v x 750 y al resultado hacerle raiz cuadrada. D= es diametro de valvula V=volumen del cilindro rpm= revoluciones a las que se pretende alcance el motor v= velocidad del aire de admision en mts por seg 3,14 es PI y 750 son valores fijos. La velocidad de aire para coches de calle es de 50 a 55 m/seg, para coches de Rally 55 a 60 m/seg y para pista 70 a 80 m/seg. Y la de escape, es de entre el 80 y 90 % la de admision. 9
Asi que a elegir y a probar cual es la correcta para cada caso... :-\
El efecto SQUISH Escrito por: anaxagoras / 01/04/2009 18:02:56
Seguro que alguna vez hemos escuchado a alguien hablar sobre el squish, que si lo he modificado, que si es muy alto... pues bien, vamos a saber qué es el squish.
El squish, como concepto, es la distancia de la cabeza del pistón con la culata. En realidad, es un fenómeno que genera turbulencias y hace aumentar el rendimiento del motor. Este efecto se puede controlar, y no todos los motores lo generan, sino que el motor y la culata están diseñados para ello según el concepto de propulsor.
PRINCIPIOS
Debido al aumento gradual de las relaciones de compresión y las velocidades de rotación, se necesita un grado elevado de turbulencia antes y durante el proceso de combustión, y puede conseguirse diseñando la cámara de combustión de forma que incluya el efecto squish que imprime a la mezcla una elevada velocidad radial (de 20m/s o superior) de aproximación al centro de la cámara o bien a los electrodos de la bujía.
Este efecto viene se localiza en los motores más modernos con una elevada compresión y un alto régimen de giro, que tienen el inconveniente de un menor tiempo para la propagación de la llama con lo que la combustión debe ser más rápida (se variará el avance de encendido). Al aumentar las turbulencias con el efecto squish se consigue una combustión más rápida, y por ende más eficiente.
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Aquí tenemos una cámara de combustión de forma esférica con el electrodo de la bujía en el centro, que tendría casi todos los requisitos sobre todo por el hecho de que la esfera es la forma geométrica que tiene menor superficie en relación al volumen que contiene, y las pérdidas de calor son proporcionales a la superficie, con lo que a menor superficie menor pérdida de potencia.
Espero que hayamos aprendido un poquito más. No puedo extenderme más, se harían largos y hay mucho sobre lo que hablar. Pero para entender qué es el squish y no pner cara de poker la próxima vez que lo escuchemos, va perfecto
Laminacion, efecto swril, squish. Camaras de combustion especiales « : Septiembre 08, 2011, 12:07:13 »
Buenas gente. Hoy se me ocurrio hacer un post respecto de las camaras de combustion. En realidad no de todas, sino de aquellas que tienen zona de laminacion. Ver cuales son las ventajas, las desventajas y los distintos modelos que hay segun la aplicacion que uno le quieda dar al motor. Primero vamos a ver de que se trata un poco esto para ponernos a tono. Veamos una camara de combusion hemisferica por ejemlpo 11
Camara HEMI de Chrysler
Camara HEMI de Ford SOHC "Cammer"
La camara hemisferica se ganò su reputacion gracias al efecto remolino que causaba dentro del motor en comparacion con el resto de las camaras. Ademas los conductos de entrada y salida eran casi rectos debido a que las valvulas estaban perpendiculares a la tapa. 12
Lo que se busca en una camara de combustion, cuando ingresa la mezcla, es que este lo mas homogeneizada posible. Que significa esto. Que este bien mezclada y no queden partes desproporcionadas, sino que toda la masa gaseosea sea pareja. Ahora bien. Una vez que la mezcla entra a la camara ya no podemos hacer nada, entonces como hacemos que se termine de mezclar bien? Varios fabricantes colocan las valvulas inclinadas para que la mezcla entre de costado y se ponga a girar dentro de la camara o tambien se trabajan las camaras dandole una forma muy similar a la de un corazon. Este efecto se llama "remolino" o efecto "swril", y ayuda a que la mezcla se queme en su totalidad. Un motor mas eficiente como resultado. Veamos la zona de laminacion que es la que trata el post. Camara Boss 429
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Esta camara se conocia como semi-hemi. Las valvulas no estaban perpendiculares a la tapa y a su vez estaban inclinadas para mejorar este efecto "remolino". Como pueden ver en la foto, la camara no es perfectamente redonda sino que tiene dos salientes a los costados, de ahi el nombre (semi hemi). Y es aqui a donde quiero llegar. Estos "salientes" o zonas de laminacion cumplen dos funciones. 1ro: Achicar el volumen de la camara. Como resultado mayor relacion de compresion. 2do: Cuando el piston sube, comprime primero la mezcla en esa area "inyectandola" hacia el centro de la camara. Estas zonas de laminacion se pueden hacer de distinta forma depdendiendo del tipo de efecto que se busque en el motor. Por ejemplo asi. Camara modificada Boss 429 "Super Swirl" comercializadas por Endyn
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Otra camara modificada Boss 429
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Como mencionamos anteriormente, las zonas de laminacion sirven para "inyectar" la mezcla hacia el centro de la camara, pero con los sistemas anteriores la mezcla sale disparada para cualquier lado y no para el que debe ir. Que es LA BUJIA. La pregunta es como hacemos para direccionar la masa gaseosa hacia la bujia? y aqui viene la magia del trabajo de una tapa. Se realizan unos rebajes a la zona de laminacion que este direccionada hacia la bujia. Como se muestran en las fotos.
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Es un trabajo muy delicado que requiere de paciencia, conocimiento y cierta cautela para no arruinar la tapa (mas si es de aleacion de aluminio). Espero que le haya gustado y me gustaria saber quien implemento este sistema y como le fue. A mi me gustaria hacer este laburo, pero es medio complicado rellenar tapas de fundicion
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