EL MOTOR DIESEL El motor diesel recibe este nombre porque es el apellido de su inventor, el alemán Rudollf Diesel. Los motores diesel y los motores de explosión son motores térmicos de combustión interna. Al motor diesel también se le conoce con el nombre de motor de combustión.
Al motor de gasolina se le llama de explosión, como se ha visto anteriormente, debido a que, para su funcionamiento se utiliza la fuerza que produce la explosión de una mezcla aire-gasolina. En el motor diesel, la fuerza para su funcionamiento la proporciona la expansión de los gases que se producen al quemar (combustión) una determinada cantidad de combustible en determinadas condiciones. El combustible empleado es el gasóleo (gasoil).
HISTORIA Quien lo inventó fue este señor llamado Rudolf Christian Karl Diesel y aunque lo estén pensando en la escuela no le tomaban el pelo por su apellido, pero si a los Diesel que vivieron después de él
Nació en París el 18 de marzo de 1858 – Canal de la Mancha, y falleció el 29 de septiembre de 1913) fue un ingeniero alemán inventor del motor de combustión de alto rendimiento que lleva su nombre, el motor diésel. Motor aplicable a la locomoción, presentado en la feria internacional de París como el primer motor que usa aceite mineral como combustible y posteriormente llamado "motor de combustión", posteriormente tomaría el nombre de su inventor. Hijo de inmigrantes bávaros, nació en París. En 1870 la familia tuvo que abandonar Francia al estallar la guerra franco-prusiana, y Rudolf fue enviado a Augsburgo. Discípulo del inventor de la nevera Carl Von Linde a partir de 1875 en Múnich. Regresó a París como representante de la empresa de máquinas frigoríficas de su maestro. Entre 1893 y 1897 construyó en MAN (perteneciente al grupo Krupp) el primer motor del mundo que quemaba aceite vegetal (aceite de palma) en condiciones de trabajo. El Instituto de Ingenieros Mecánicos le concedió la Orden del Mérito por sus investigaciones y desarrollos sobre los motores con aceite de cacahuete, posteriormente usaron petróleo por ser más barato. Se consideraba a sí mismo como un filósofo social, aunque su libro Solidarity, donde describe su visión de la empresa, sólo vendió 200 ejemplares. Se supone que murió el 29 / 30 de septiembre de 1913 y (se supone que) ahogado, pues desapareció del buque que cubría el trayecto de Amberes a Inglaterra en el que viajaba. Un par de días después su cuerpo fue encontrado por un bote de la guardia costera. Como era lo común en ese entonces, sólo se tomaron sus pertenencias (identificadas posteriormente por su hijo) y el cuerpo fue arrojado de nuevo al mar.
Se manejan varias hipótesis sobre su muerte, la primera indica que se suicidó en vista de encontrarse en quiebra, aunque su familia creyó que fue asesinado y sus ideas robadas. Otra hipótesis indica que agentes alemanes lo asesinaron para evitar la difusión de sus inventos, en vista de que la guerra se encontraba cercana y él estaba decidido a permitir que cualquiera (Francia e Inglaterra entre ellos) comprara licencias sobre sus patentes.
Es un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Diesel en 1892, del cual deriva su nombre. Fue diseñado inicialmente y presentado en la feria internacional de 1900 en París como el primer motor para "biocombustibles" "biocombustibles" como aceite puro de palma o de coco. Diésel también reivindicó en su patente el uso de polvo de carbón como combustible, aunque no se utiliza por lo abrasivo que es.
PRINCIPIO En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diésel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina. En la primera fase se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase, la fase de compresión, el aire se comprime a una fracción de su volumen original, lo cual hace que se caliente hasta unos 440 ºC. Al final de la fase de compresión se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cámara de combustión, produciéndose el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de potencia, la combustión empuja el pistón hacia atrás, trasmitiendo la energía al cigüeñal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsión. Algunos motores motores diésel utilizan utilizan un sistema auxiliar de ignición para para encender encender el combustible combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada. La eficiencia de los motores diésel depende, en general, de los mismos factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. Este valor se logra con un grado de compresión de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles más baratos. Los motores diésel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min.), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, en la actualidad, algunos tipos de motores diésel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina, pero por lo general con mayores cilindradas debido al bajo rendimiento del gas oíl respecto a la gasolina. Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía la energía química producida por un combustible un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se emplean motores de combustión interna de cuatro tipos: El motor El motor cíclico Otto, cuyo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus inventó, Nikolaus August Otto, es Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica. El motor El motor diésel, llamado diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. consumir gasóleo. Se Se emplea en instalaciones generadoras de energía eléctrica, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y automóviles. Tanto los motores Otto como los diésel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos. El motor El motor rotatorio. La turbina La turbina de combustión. Los principios del motor diesel son bastante rectos adelante para el mecánico experimentado pero qué sobre la gente diaria regular que nunca ha tomado la época de descubrir más sobre un motor diesel y cómo trabaja? Voy a explicar en términos del laico los principios de base de un motor diesel. ¿Cuál es la diferencia entre un motor de la gasolina y un motor diesel? La primera cosa que usted debe saber es un motor de la gasolina y un motor diesel es totalmente diferente. Un motor de la gasolina es mucho más ligero construido que el motor diesel construido más pesado. Los funcionamientos del motor de la gasolina en una mezcla del aire y del combustible combinaron con una chispa de la alta energía que se mide el tiempo para encender dentro de cada cilindro
del motor en el tiempo exacto que crea la fuerza que da vuelta de la energía y del esfuerzo de torsión que conduce su vehículo. Un motor diesel utiliza el aire de producto alto de la compresión que se comprime en un espacio muy pequeño dentro de cada cilindro que causa calor extremo. Esto se llama calor de la compresión que enciende una niebla de alta presión muy fina del combustible diesel que se inyecta en cada cilindro en el tiempo exacto. Usted ahora sabe tan que un motor de la gasolina necesita una chispa de la alta energía funcionar mientras que un diesel utiliza el calor de la compresión. El principio de cuatro movimientos en todos los motores funciona en cuatro movimientos o cuatro ciclos, ambos estos términos significan iguales. Aquí es cómo el motor diesel de cuatro movimientos funciona. Los cuatro movimientos son producto, compresión, energía y extractor. Los pistones, las válvulas y los inyectores trabajan juntos en cada cilindro en una secuencia del sistema repetidamente. Movimiento del producto. Las válvulas del producto en culata abren permitir que el aire presurizado entre en cada cilindro mientras que está viajando el pistón hacia abajo. El suministro de aire presurizado es hecho posible por el turbo charger que empuja el aire en el sistema del producto que da al motor diesel un alza del aire para continuar con la inyección instantánea del combustible. Movimiento de la compresión. Cuando el comienzo del pistón para mover hacia arriba las válvulas se cierra que atrapa el aire de producto en el cilindro y permite que la compresión ocurra. El calor de la compresión se alcanza cuando el pistón alcanza la tapa del cilindro, el combustible diesel entonces se inyecta en el cilindro en el tiempo exacto. Movimiento de la energía. Después de que ocurra la inyección una explosión ocurra en el cilindro debido a la combinación del calor y diesel atomizada aprovisionan de combustible. Esto hace el pistón ser forzada hacia abajo que produce el esfuerzo de torsión y los caballos de fuerza requeridos de un motor diesel típico. Movimiento del extractor. Después del movimiento de la energía el pistón se mueve hacia arriba de nuevo mientras que las válvulas de escape abren permitir que los gases previamente encendidos se escapen a la atmósfera fuera del dispositivo de escape. Según lo mencionado antes de que cada cilindro pase con esta secuencia exacta repetidamente en una orden de la leña del sistema. Por ejemplo, un motor diesel de 6 cilindros tiene una orden 1 de la leña 5 3 6 2 4 que ésta es la orden que va cada cilindro cerca, siguiendo los 4 movimientos mencionados arriba. Esta secuencia se ha dirigido para permitir que el motor diesel funcione suavemente sin desequilibrio. Aquí está algún trivia del motor diesel en los motores diesel del alto rendimiento. El combustible pasa a través del inyector a las velocidades de casi 1500 millas por hora, tan rápidamente como una velocidad del avión de reacción en la parte superior. El combustible se inyecta en la cámara de combustión en menos de 1.5 milisegundos, el mismo tiempo que toma para que se apague un flash de la cámara fotográfica. La cantidad de combustible mínima inyectada en un motor diesel es un milímetro cúbico, volumen casi igual como el jefe de un perno. Volkswagen ha desarrollado un coche de motor diesel de un litro que consiguió 100 kilómetros del litro del 89 de combustible, 60 millas en menos de un cuarto de galón de combustible.
PRINCIPALES PARTES BLOQUE Es la estructura básica del motor, en el mismo van alojados los cilindros, cigüeñal, árbol de levas, etc. Todas las demás partes del motor se montan en él. Generalmente son de fundición de hierro o aluminio. Pueden llevar los cilindros en línea o en forma de V. Lleva una serie de aberturas o alojamientos donde se insertan los cilindros, varillas de empuje del mecanismo de válvulas, conductos del refrigerante, los ejes de levas, apoyos de los cojinetes de bancada y en la parte superior lleva unos taladros donde se sujeta el conjunto de culata.
CIGÜEÑAL Es el componente mecánico que cambia el movimiento alternativo en movimiento rotativo. Esta montado en el bloque en los cojinetes principales los cuales están lubricados. El cigüeñal se puede considerar como una serie de pequeñas manivelas, una por cada pistón. El radio del cigüeñal determina la distancia que la biela y el pistón puede moverse. Dos veces este radio es la carrera del pistón. Podemos distinguir las siguientes partes: · Muñequillas de apoyo o de bancada. · Muñequillas de bielas. · Manivelas y contrapesos. · Platos y engranajes de mando. · Taladros de engrase.
Una muñequilla es la parte de un eje que gira en un cojinete. Las muñequillas de bancada ocupan la línea axial del eje y se apoyan en los cojinetes de bancada del bloque. Las muñequillas de biela son excéntricas con respecto al eje del cigüeñal. Van entre los contrapesos y su excentricidad e igual a la mitad de la carrera del pistón. Por cada muñequilla de biela hay dos manivelas. Los motores en V llevan dos bielas en cada muñequilla. En un extremo lleva forjado y mecanizado en el mismo cigüeñal el plato de anclaje del volante y en el otro extremo va el engranaje de distribución que puede formar una sola pieza con él o haber sido mecanizado por separado y montado luego con una prensa. Algunos cigüeñales llevan un engranaje de distribución en cada extremo para mover los trenes de engranajes de la
distribución. Otra particularidad del cigüeñal es una serie de taladros de engrase. Tiene practicados los taladros, para que pase el aceite desde las muñequillas de biela a las de bancada. Como al taladrar quedan esos orificios en los contrapesos, se cierran con tapones, que se pueden quitar para limpiar dichos conductos.
CULATA Es el elemento del motor que cierra los cilindros por la parte superior. Pueden ser de fundición de hierro o aluminio. Sirve de soporte para otros elementos del motor como son: Válvulas, balancines, inyectores, etc. Lleva los orificios de los tornillos de apriete entre la culata y el bloque, además de los de entrada de aire por las válvulas de admisión, salida de gases por las válvulas de escape, entrada de combustible por los inyectores, paso de varillas de empujadores del árbol de balancines, pasos de agua entre el bloque y la culata para refrigerar, etc. Entre la culata y el bloque del motor se monta una junta que queda prensada entre las dos a la que llamamos habitualmente junta de culata.
PISTONES Es un embolo cilíndrico que sube y baja deslizándose por el interior de un cilindro del motor. Son generalmente de aluminio, cada uno tiene por lo general de dos a cuatro segmentos. El segmento superior es el de compresión, diseñado para evitar fugas de gases. El segmento inferior es el de engrase y esta diseñado para limpiar las paredes del cilindro de aceite cuando el pistón realiza su carrera descendente.
Cualquier otro segmento puede ser de compresión o de engrase, dependiendo del diseño del fabricante. Llevan en su centro un bulón que sirve de unión entre el pistón y la biela.
CAMISAS Son los cilindros por cuyo interior circulan los pistones. Suelen ser de hierro fundido y tienen la superficie interior endurecida por inducción y pulida. Normalmente suelen ser intercambiables para poder reconstruir el motor colocando unas nuevas, aunque en algunos casos pueden venir mecanizadas directamente en el bloque en cuyo caso su reparación es más complicada. Las camisas recambiables cuando son de tipo húmedo, es decir en motores refrigerados por líquido, suelen tener unas ranuras en el fondo donde insertar unos anillos tóricos de goma para cerrar las cámaras de refrigeración, y en su parte superior una pestaña que se inserta en un rebaje del bloque para asegurar su perfecto asentamiento.
SEGMENTOS Son piezas circulares metálicas, auto tensadas, que se montan en las ranuras de los pistones para servir de cierre hermético móvil entre la cámara de combustión y el cárter del cigüeñal. Dicho cierre lo hacen entre las paredes de las camisas y los pistones, de forma que los conjuntos de pistón y biela conviertan la expansión de los gases de combustión en trabajo útil para hacer girar el cigüeñal. El pistón no toca las paredes de los cilindros. Este efecto de cierre debe darse en condiciones variables de velocidad y aceleración. Los segmentos impiden que se produzca una pérdida excesiva de aceite al pasar a la cámara de combustión, a la vez que dejan en las paredes de la camisa una fina capa de aceite para lubricar. Por tanto los segmentos realizan tres funciones:
· Cierran herméticamente la cámara de combustión. · Sirven de control para la película de aceite existente en las paredes de la camisa. · Contribuye a la disipación de calor, para que pase del pistón a la camisa.
BIELAS Las bielas son las que conectan el pistón y el cigüeñal, transmitiendo la fuerza de uno al otro. Tienen dos casquillos para poder girar libremente alrededor del cigüeñal y del bulón que las conecta al pistón. La biela debe absorber las fuerzas dinámicas necesarias para poner el pistón en movimiento y pararlo al principio y final de cada carrera. Asimismo la biela transmite la fuerza generada en la carrera de explosión al cigüeñal.
COJINETES Se puede definir como un apoyo para una muñequilla. Debe ser lo suficientemente robusto para resistir los esfuerzos a que estará sometido en la carrera de explosión. Los cojinetes de bancada van lubricados a presión y llevan un orificio en su mitad superior, por el que se efectúa el suministro de aceite procedente de un conducto de lubricación del bloque. Lleva una ranura que sirve para repartir el aceite mejor y más rápidamente por la superficie de trabajo del cojinete. También llevan unas lengüetas que encajan en las ranuras correspondientes del bloque las tapas de los cojinetes. Dichas lengüetas alinean los cojinetes e impiden que se corran hacia adelante o hacia atrás por efectos de las fuerzas de empuje creadas. La mitad inferior correspondiente a la tapa es lisa. Además de los de bancada, todos los motores llevan un cojinete de empuje que evita el juego axial en los extremos del cigüeñal.
Otro tipo de cojinete es el usado en los ejes compensadores; es de forma de casquillo, de una sola pieza. El orificio de aceite coincide con el conducto de lubricación del bloque.
VÁLVULAS
Las válvulas abren y cierran las lumbreras de admisión y escape en el momento oportuno de cada ciclo. La de admisión suele ser de mayor tamaño que la de escape. En una válvula hay que distinguir las siguientes partes: · Pie de válvula. · Vástago. · Cabeza. La parte de la cabeza que está rectificada y finamente esmerilada se llama cara y asienta sobre un inserto alojado en la culata. Este asiento también lleva un rectificado y esmerilado fino. El rectificado de la cara de la válvula y el asiento se hace a ángulos diferentes. La válvula siempre es rectificada a 3/4 de grado menos que el asiento. Esta diferencia o ángulo de interferencia equivale a que el contacto entre la cara y el asiento se haga sobre una línea fina, proporcionando árbol de levas de un motor diesel un cierre hermético en toda la periferia del asiento. Cuando se desgaste el asiento o la válvula por sus horas de trabajo, este ángulo de interferencia varía y la línea de contacto se hace más gruesa y, por tanto, su cierre es menos hermético. De aquí, que de vez en cuando haya que rectificar y esmerilar las válvulas y cambiar los asientos. Las válvulas se cierran por medio de resortes y se abren por empujadores accionados por el árbol de levas. La posición de la leva durante la rotación determina el momento en que ha de abrirse la válvula. Las válvulas disponen de una serie de mecanismos para su accionamiento, que varía según la disposición del árbol de levas. Como partes no variables de los mecanismos podemos señalar: La guía, que va encajada en la culata
del cilindro y su misión consiste en guiar la válvula en su movimiento ascendente y descendente para que no se desvíe.
Los muelles con sus sombreretes, que sirven para cerrar las válvulas. · Rotador de válvulas cuyo dispositivo hace girar la válvula unos cuantos grados cada vez que ésta se abre. Tiene por objeto alargar la vida de la válvula haciendo que su desgaste sea más uniforme y reduciendo la acumulación de suciedad en la cara de la válvula y el asiento y entre el vástago y la guía. Para abrir las válvulas se utiliza un árbol de levas que va sincronizado con la distribución del motor y cuya velocidad de giro es la mitad que la del cigüeñal; por tanto, el diámetro de su engranaje será Eje de balancines de un motor diesel de un diámetro doble que el del cigüeñal. Asimismo, según su situación varía el mecanismo empujador de las válvulas.
* Cuando el árbol de levas es lateral el mecanismo empujador consta de leva, taqué, varilla, balancín y eje de balancines. * Cuando el árbol de levas va en cabeza la leva actúa directamente sobre un cajetín cilíndrico. * También e otro motores de cuatro válvulas por cilindro la leva actúa directamente sobre un rodillo de un balancín en forma de horquilla. El principio es el mismo que el de levas laterales con la diferencia que se ha abandonado la varilla de empuje.
ENGRANAJES DE DISTRIBUCIÓN Conduce los accesorios y mantienen la rotación del cigüeñal, árbol de levas, eje de leva de la bomba de inyección ejes compensadores en la relación correcta de desmultiplicación. El engranaje del cigüeñal es el engranaje motriz para todos los demás que componen el tren de distribución, por lo que deben de estar sincronizados entre si, de forma que coincidan las marcas que llevan cada uno de ellos.
BOMBA DE ACEITE Está localizada en el fondo del motor en el cárter del aceite. Su misión es bombear aceite para lubricar cojinetes y partes móviles del motor. La bomba es mandada por u engranaje, desde el eje de levas hace circulas el aceite a través de pequeños conductos en el bloque. El flujo principal del aceite es para el cigüeñal, que tiene unos taladros que dirigen el lubricante a los cojinetes de biela y a los cojinetes principales. Aceite lubricante es también salpicado sobre las paredes del cilindro por debajo del pistón.
BOMBA DE AGUA Es la encargada, en los motores refrigerados por líquido, de hacer circular el refrigerante a través del bloque del motor, culata, radiador etc. La circulación de refrigerante a través del radiador trasfiere el calor del motor al aire que circula entre las celdas del radiador. Un ventilador movido por el propio motor hace circular el aire a través del radiador.
Bomba de agua. ANTIVIBRADORES En un motor se originan dos tipos de vibraciones, a consecuencia de las fuerzas creadas por la inercia de las piezas giratorias y de la fuerza desarrollada en la carrera de explosión. · Vibraciones verticales. · Vibraciones torsionales.
AMORTIGUADORES En todos los motores se producen las vibraciones torsionales, por la torsión momentánea debida a la fuerza desarrollada en la carrera de explosión y su recuperación en el resto del ciclo. Aunque el volante se diseña con suficiente tamaño y masa, para que su inercia mantenga un giro uniforme, absorbiendo energía en los impulsos giratorios y devolviéndola en el resto del ciclo; no evita que el cigüeñal se retuerza en esos momentos de aceleración. Por ello se utiliza otro dispositivo en el otro extremo del cigüeñal, llamado amortiguador de vibración que tiene por objeto crear una fuerza torsión al igual y de sentido contrario a la que sufre en el instante de la explosión, para que sus efectos se anulen. Hay dos tipos de amortiguadores o dámpers: 1. El primero utiliza como material amortiguador el caucho. Los cambios de par del cigüeñal son absorbidos por él y la energía es disipada en forma de calor. Por ello, una manera de comprobar si funciona bien un dámper es notar si está más caliente que el resto de las piezas del motor que le rodean. 2. El amortiguador tipo viscoso consta esencialmente de una corona pesada, alojada en una carcasa fijada a un extremo del cigüeñal, pudiéndose mover libremente dentro de ella al estar suspendida en un fluido (silicona). Esta corona tiende a oponerse a cualquier cambio súbito de velocidad, transmitiendo esta resistencia a través del fluido a la carcasa y por tanto al cigüeñal, contrarrestando o amortiguando la vibración torsional.
EJES COMPENSADORES Todos los motores de cuatro cilindros, así como los de ocho en V de 60º, por tener los brazos del cigüeñal en un mismo plano, se ven afectados de un desequilibrio inherente producido por el desplazamiento del centro de gravedad de las piezas móviles durante las cuatro carreras del pistón. Esta fuerza vibratoria vertical, que tiende a hacer saltar el motor y arrancarlo de su
anclaje, podemos contrarrestarla aplicando, por medio de un dispositivo, una fuerza igual y de sentido contrario. Se utilizan unos ejes compensadores que van engranados en la distribución del motor. Estos ejes o contrapesos van calados en la distribución de forma que originen una fuerza igual y contraria a la que se produce al desplazarse el centro de gravedad de las piezas móviles, anulándose sus efectos. Para ello tienen que girar a doble velocidad que el cigüeñal. Asimismo, giran entre si en direcciones opuestas, para evitar que se origine una oscilación o vibración lateral del motor. En los motores de 8 cilindros en V de 60º, llevan dos ejes excéntricos que van engranados; uno en la distribución delantera y otro en la trasera, y en estos motores, al revés que en los de 4 cilindros, los contrapesos giran en el mismo sentido que el cigüeñal. Es importante que estos ejes se compruebe van engranados en sus marcas, pues en caso contrario en vez de anular las vibraciones las aumentarían.
FUNCIONAMIENTO
Lo que lo que dio lugar a la creación del motor diesel fue la idea de obtener un motor superior al de gasolina (nafta). Empleando para ello una relación de compresión muy elevada, que el motor de nafta, debido a su combustible, no podría ser usada porque provocaría autoencendido. Los motores diesel actuales emplean unas relaciones de compresión comprendidas entre 14 a 1 y 23 a 1. Mientras que los motores a nafta entran comprendidas entre 8 a 1 y 10 a 1.En los motores diesel estos altos grados de compresión se pueden lograr gracias a que en el cilindro se aspira y se comprime solo aire, en lugar de la mezcla de combustible y aire. El combustible se introduce por separado en el cilindro poco antes del final de la carrera de compresión y se mezcla con el aire comprimido en el interior del cilindro a través de inyectores. El aire a esa relación de compresión llega a una temperatura que detona automáticamente el combustible generando así la carrera de expansión sin el requerimiento de una bujía. La principal ventaja de los motores diesel comparados con los motores a gasolina se basa en su menor consumo de combustible y además. Pero sus desventajas son el costo, mantenimiento y potencia. Este último factor actualmente se esta disminuyendo cada vez mas, ya que gracias a la inyección electrónica y a los turbo compresores se están obteniendo los mismos o más valores de HP en motores de la misma cilindrada. Veamos en las imágenes el funcionamiento del motor diesel: ADMISIÓN: Se abre la válvula de admisión e ingresa SOLAMENTE AIRE:
COMPRESIÓN: El pistón sube y antes de llegar al punto muerto superior se inyecta el combustible.
EXPANSIÓN: la mezcla auto detona y el pistón baja a gran velocidad.
ESCAPE: La válvula de escape se abre y los gases de escape son expulsados hacia afuera de la cámara.
SISTEMA DE REFRIGERACION Éste es un sistema cerrado en el cual actúan varios elementos. Comenzaremos el Circuito a partir del radiador, que es en donde el agua que ya recorrió todo el motor esta caliente y se enfría a través del aire que circula cuando el auto esta en movimiento. De ahí el agua va a los conductos en el interior de la tapa de cilindros. La culata es el primer lugar que se refrigera porque es la estructura que trabaja a mayor temperatura. Luego el agua refrigera el block y va a la bomba de agua que es la que permite que el agua este en circulación. Un elemento muy importante es el termostato, éste instrumento bloquea o abre el circuito de agua para mantener una temperatura nominal ya que los motores trabajan bien a cierta temperatura, entonces el termostato abre y cierra el circuito según la necesidad del motor. Luego de cumplir su ciclo el agua tiene cierta temperatura que no es útil para refrigerar, entonces es enviada otra vez al radiador. Hay situaciones en la que el radiador no satisface las necesidades requeridas de enfriamiento como por ejemplo en un embotellamiento no circula aire por el radiador y sin embargo el motor sigue estando en marcha, cuando la temperatura llega a 85ºC aproximadamente se activa automáticamente el Electro-ventilador que es un ventilador ubicado delante o detrás del radiador para arrastrar el calor. Nota: Cada automóvil tiene su propio sistema de refrigeración según sus características por lo que el orden de los elementos puede variar. Pero el funcionamiento es el mismo.
CIRCUITO DE LUBRICACIÓN
El circuito de lubricación de motores de 4 tiempos comienza en el Carter en donde se almacena y enfría el aceite del motor en donde es chupado por la bomba de aceite. Antes de lubricar cualquier sector del motor hay que estar seguro que aceite no este sucio para evitar posibles engranes, es por ello que a través de conductos en el block pasa por el filtro de aceite y de ahí directo al Sistema madre de Lubricación que es la vena de aceite principal del motor. Ésta vena se divide en dos, la primera va a lubricar los muñones de bancada del cigüeñal y luego por un conducto interno el aceite se dirige al muñón de biela. La segunda vena se dirige hacia el árbol de levas lubricando todo lugar donde halla movimiento. En el caso de que el motor en cuestión tenga árbol de levas lateral en vez de lubricar el árbol levas lubrica los balancines, luego el aceite desciende a través de las varillas hasta el árbol de levas. Las paredes de los cilindros son lubricadas por el aceite que es salpicado por el mismo cigüeñal .El aceite regresa al Carter.
1- Boca de carga para el aceite. 2- Taladro para engrase de cadena de distribución. 3- Conducto para el aceite, del filtro al cigüeñal. 4- Taladros de engrase de los piñones de arrastre de la bomba de aceite y la cadena de distribución. 5- Conducto, para el aceite, de la bomba al filtro. 6- Bomba de aceite. 7- Válvula de descarga. 8- Varilla indicadora del nivel de aceite. 9- Filtro de la trompa de aspiración de la bomba de aceite. 10- Tapón de descarga del aceite. 11- Válvula de seguridad en caso de obstrucción del filtro de aceite. 12- Filtro de aceite con cartucho, a caudal total.
13- Transmisor presión aceite. 14- Cárter de aceite. 15- Descarga de aceite del eje porta balancines. 16- Conducto para el aceite, al eje porta balancines. 17- Canalización del eje porta balancines. 18- Canalización de respiración cerrada del motor enlaza a la tapa de balancines y a la toma de aire del carburador.
SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
Los sistemas de alimentación en los motores diesel en los motores diesel la alimentación se realiza introduciendo por separado, en el interior de los cilindros, el aire que en el tiempo de compresión alcanza los 600º C, y el combustible que se inyecta a alta presión, los cuales se mezclan en el interior de la cámara de combustión, donde se produce la combustión de esta mezcla. Generalmente, en el colector de admisión, no hay válvula de mariposa que regule la cantidad de aire en la admisión. Mediante el pedal del acelerador que activa la bomba de inyección se dosifica la cantidad de combustible que se inyecta en el tercer tiempo, momento en el cual se inflama la mezcla, produciéndose trabajo. Los factores que influyen sobre la combustión son los siguientes: · Un buen llenado de aire. · Buena pulverización del combustible. · Buen reparto del combustible en el aire. · Control de la presión.
· Duración de la combustión. · Sistemas de combustión Las primeras gotas de gasoil o ACPM que entran en la cámara de compresión donde ya se encuentra el aire comprimido y a elevada temperatura, tardan un tiempo en empezar a quemarse, tiempo necesario para adquirir su temperatura de combustión. Este tiempo, llamado “retraso en la iniciación de la combustión”, se ha intentado reducir al
mínimo por distintos procedimientos. Por una parte, pulverizando lo más posible el gasoil o ACPM, para que las partículas tengan poco volumen en proporción a la superficie que presentan al aire para recibir el calor. Por otra parte, dotar al aire de un movimiento (turbulencia) para que atraviese el chorro de gasoil o ACPM en la inyección y, por lo tanto, no sea el gasoil o ACPM el que enfríe el aire que le rodea. Estos procedimientos son los que han hecho aparecer los distintos sistemas de combustión en los motores diesel. En el motor diesel la forma de las cámaras de combustión o la de la cabeza del pistón, son diseñadas para favorecer la combustión, mejorar así el rendimiento y la potencia. En efecto, existen dos tipos de sistemas de inyección: · Inyección directa. · Inyección indirecta. INYECCIÓN DIRECTA El gasoil o ACPM se inyecta sobre la cabeza del pistón (por ser la parte más caliente), a una presión de 150 a 300 atmósferas, para conseguir su pulverización. El aire al final de la compresión tiene una presión de unos 40 bares o kg/cm2. La turbulencia del aire se consigue por la forma de la cabeza del pistón, en la que lleva una concavidad toroidal, o esférica que hace que la expansión sea regular, mejorando el rendimiento del motor y además hace que el combustible no se pueda diluir en el aceite de engrase ni provocar su escurrimiento en el cilindro. La formación del torbellino de aire se facilita en ocasiones por un deflector que lleva en la válvula de admisión, que orienta el aire hacia los bordes de la concavidad existente en la cabeza del pistón. Este sistema tiene dos ventajas principales: ser el más económico en consumo de combustible, y de fácil arranque, no necesitando bujía de calentamiento para calentar el aire generalmente. La pequeña superficie de la culata no permite que se irradie mucho calor, consiguiéndose un buen arranque. La relación de compresión es baja de 18 a 1. La cámara de combustión es sencilla. Como inconveniente se puede citar el ser más ruidoso y requerir gran presión de inyección, lo que implica un buen sistema de inyección, y como utiliza un inyector con orificios (0,2 mm. de diámetro), éstos se obstruyen con relativa facilidad. INYECCIÓN INDIRECTA En este tipo de motor la inyección no se realiza directamente en la cámara de combustión o en la cámara del pistón. Existen tres tipos de inyección indirecta, que reciben distintas denominaciones: · Sistema de cámara de precombustión o antecámara · Sistema de cámara de turbulencia o cámara auxiliar o separada. · Sistema con cámara de reserva de aire o acumulador. · Sistema de precombustión o antecámara
Este sistema lleva en la culata una antecámara que se comunica con la de combustión por unos orificios muy finos (pulverizador). El inyector tiene un solo orificio y desemboca en la cámara de precombustión, que representa aproximadamente 1/3 del volumen de la cámara total. Debe utilizar dispositivo de arranque en frío, generalmente bujía de caldeo. El aire comprimido se aloja en la antecámara, donde se inyecta el gasoil a una presión de 80 a 120 atmósferas. Al contacto con el aire caliente y en movimiento, inicia su combustión; la expansión de los gases producidos expulsa el resto de combustible sin quemar, a través del pulverizador, a la cámara de combustión, donde termina de quemarse y finaliza la fase del ciclo. Este sistema es menos económico que el de inyección directa en consumo de gasoil. El arranque es más difícil, pues al existir más superficie, el aire comprimido pierde calor, necesitándose para facilitar el arranque el empleo de bujías de incandescencia (caldeo) y una relación de compresión medio-alta de 20 a 1.Como ventajas presentan: menor ruido, menor presión de inyección, disponer de inyector de agujero único de difícil obstrucción y menor desgaste de los órganos mecánicos por tener menor presión en la cámara de combustión. Sistema con cámara de turbulencia, combustión separada o de cámara auxiliar. Este sistema evita parte de los inconvenientes de la inyección directa. La cámara de turbulencia está alojada normalmente en la culata, aunque a veces lo está en el bloque del motor. Es una variante del sistema de precombustión. En la cámara de turbulencia se aloja casi todo el aire acumulado en el cilindro durante la admisión. Esta cámara se comunica con el cilindro por un orificio amplio y de forma tal que imprime al aire, al entrar, un fuerte movimiento de torbellino, favorecido por la forma un poco cóncava de la cabeza del pistón. La inyección se realiza en la cámara auxiliar o de turbulencia donde se quema en su totalidad. Los gases salen ardiendo, pasan violentamente al cilindro (cabeza del pistón). La fuerte detonación producida queda frenada en la cámara auxiliar y a lo largo del tubo de comunicación con el cilindro, llegando muy disminuido a la cabeza del pistón. La cámara de turbulencia representa aproximadamente los 2/3 del volumen total de la cámara y está situada en una parte no refrigerada (normalmente en la culata). El inyector que se utiliza es de aguja o tetón. Las ventajas e inconvenientes de este sistema son similares al de precombustión. Las ventajas se deben a: · La pequeña presión de inyección (aproximadamente 100 bares). · El menor consumo que en el sistema con cámara de precombustión. · La marcha suave (poca tendencia al golpeo o traqueteo). Los inconvenientes son: · Un mayor consumo de combustible que en los sistemas de inyección directa. · Necesitar un dispositivo de arranque en frío (generalmente bujías de precalentamiento). · Necesitar una relación de compresión alta.
SISTEMA CON CÁMARA DE RESERVA O ACUMULADOR DE AIRE El aire es comprimido en un acumulador que puede estar en la culata, o en la cabeza del pistón. Tanto en un caso como en otro, se comunica por un conducto estrecho, Venturi o difusor. El gasoil es inyectado en este estrechamiento, donde empieza su combustión. El calor
producido en él, dilata el aire del acumulador, aumenta su presión. Al mismo tiempo el pistón desciende y la presión disminuye en el cilindro simultáneamente, se produce en ella una fuerte turbulencia y por consiguiente, una combustión completa. Ventajas: · Menor presión de inyección que en los casos anteriores. · Baja presión en la cámara de combustión. · El consumo equiparable al sistema de inyección directa. Inconvenientes: · Motor más ruidoso que los de cámara de turbulencia. · Dificultad en el arranque. Disponen de bujía de precalentamiento. · Relación de compresión media-alta de 20 a 1.
CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DE AIRE El aire de la atmósfera se introduce debidamente filtrado en el interior de los cilindros. La cantidad de aire admitida depende únicamente de la aspiración de los pistones. La necesidad de filtrar el aire en estos motores es la misma que en los de explosión. El aire lleva siempre en suspensión polvo; si se introduce en los cilindros ese polvo actuará como esmeril sobre sus paredes, desgastándolos, dando lugar a un desajuste que llevaría consigo una pérdida de presión en la compresión y el paso del gasoil al aceite, diluyéndolo y perdiendo su viscosidad. Para el filtrado, se coloca en la tubería de admisión un filtro. Los filtros empleados son idénticos a los del motor de explosión, que se estudiaron en el tema 8, empleándose tres tipos de elementos filtrantes: filtros secos, filtros de malla metálica y filtros en baño de aceite. Los filtros de baño de aceite son utilizados en motores de gran cilindrada, aplicados a camiones y autobuses. La diferencia con el motor de explosión reside en que el mantenimiento de éstos ha de ser más frecuente.
CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DEL COMBUSTIBLE Este circuito tiene como misión hacer llegar al cilindro la cantidad de combustible necesario y en las condiciones de presión justas para su buena mezcla con el aire y posterior combustión. En el motor diesel el combustible es llevado desde el depósito a las cámaras de combustión por dos circuitos distintos: · Circuito de baja presión. · Circuito de alta presión.
CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN Descripción y funcionamiento llamado igualmente circuito de alimentación; es el encargado de enviar el combustible desde el depósito al dispositivo creador de la alta presión (bomba inyectora), que es necesaria para realizar la introducción y la pulverización del combustible en el interior de la cámara de combustión. La presión enviada desde la bomba de pre alimentación a la bomba inyectora es de 1 a 4 bares. El circuito de baja presión está compuesto por los siguientes elementos: A - Depósito de combustible B - Filtro (colador) C - Pre filtro
D - Bomba de pre alimentación E - Filtro principal F - Válvula de descarga de gasoil G - Tubería de bomba a filtro H - Tubería de filtro a bomba de inyección. I - Tubería sobrante de inyectores. J- Tubo de retorno
DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE El depósito tiene las mismas características que los empleados en los motores de explosión y lleva incorporado: · El filtro colador. · Una salida a la atmósfera por el tapón o por otro sistema. · Dos canalizaciones, una para aspiración y otra para retorno · .Pozo de decantación. · Tapón de llenado. · Elementos de control para nivel de combustible.
BOMBA DE PREALIMENTACIÓN Es la encargada de aspirar el combustible del depósito y enviarlo, a través de varios filtros, a la bomba de inyección. Son bombas aspirantes-impelentes que, aspiran el gasoil del depósito a través del pre filtro y lo mandan a la bomba de inyección a través del filtro principal. La presión de alimentación debe estar comprendida entre 1 y 4 kg/cm². Son generalmente de accionamiento mecánico y vamos a ver los dos tipos más empleados: · Bomba de membrana: parecida a la bomba de gasolina. · Bomba de pistón: bomba aspirante-impelente utilizada con algunas
BOMBAS DE INYECCIÓN EN LÍNEA. BOMBA DE MEMBRANA: Son iguales a las empleadas en los motores de gasolina, explicadas en el tema, Estas bombas son Auto-Reguladoras; la auto-regulación se obtiene por equilibrio de la presión en la canalización de impulsión y la tensión del resorte de la membrana. Va situada sobre el motor y recibe el movimiento de una excéntrica del árbol de levas.
BOMBA DE PISTÓN Este tipo de bomba se utiliza en el caso de bomba de inyección lineal, y van colocadas en el cuerpo de la bomba de inyección, recibiendo el movimiento de una excéntrica del árbol de levas de la bomba inyectora. SISTEMA DE INYECCIÓN Al final de la carrera de compresión el aire que ha entrado al cilindro durante la carrera de
admisión previa, ha sido confinado a un pequeño volumen llamado cámara de combustión y sometido a una fuerte compresión y está muy caliente. Si en ese momento se inyecta al interior del cilindro la cantidad adecuada de combustible Diesel pulverizado, este se inflamará y producirá el debido incremento de presión que actúa sobre el pistón para producir la carrera de fuerza del motor. El mecanismo que se ocupa de dosificar, pulverizar e introducir al cilindro en el instante y por el tiempo adecuados el combustible al cilindro se llama sistema de inyección. El proceso de inyectar combustible en el motor Diesel puede resumirse en pocas palabras como se ha hecho, y aparentemente parece ser simple, pero en realidad está rodeado de un gran número de particularidades que hacen de él, una de las mayores conquistas tecnológicas realizadas por el hombre en la mecánica de precisión del siglo XX. Baste decir que este sistema tiene que poder inyectar con gran exactitud y a grandes presiones (entre 120 y 400 kg/cm²), volúmenes de líquido que pueden ser comparables con el de la cabeza de un alfiler, con un comienzo y tiempo de duración muy exactos, a frecuencias que pueden llegar a mas de 2000 ciclos por segundo, y por un período de millones de ciclos sin fallo. Súmele a eso que la inyección se produce en una cámara donde hay combustión simultánea a la inyección, en un ambiente caliente y agresivo y me dirá si no es un verdadero milagro tecnológico haberlo conseguido y perfeccionado. Para preparar el terreno y que usted pueda conocer las particularidades básicas relacionadas que hacen complejo el funcionamiento del sistema de inyección, hagamos un análisis de los factores involucrados en el proceso. MECANISMO DE AVANCE El combustible que entra al cilindro lo hace de forma líquida, para que este combustible se inflame luego que se pone en contacto con el aire caliente capaz de inflamarlo, tiene que calentarse, evaporarse y mezclarse con el aire para que se produzca el encendido. Este proceso aunque breve, toma cierto tiempo, por lo que el comienzo de la inyección debe hacerse un determinado tiempo antes de que el pistón haya alcanzado el punto muerto superior, a fin de que el combustible se evapore, mezcle e inflame antes de que el pistón llegue al punto adecuado después del punto muerto superior, y aproveche al máximo el incremento de presión producto de la combustión para producir trabajo útil. Como este tiempo de preparación de la mezcla dentro del cilindro, antes de producirse la inflamación es un tiempo fijo (en realidad cambia, pero muy poco) mientras el motor puede girar a velocidades notablemente diferentes entre ralentí y la velocidad máxima, el instante del comienzo de la inyección con respecto a la posición del pistón, debe ser diferente para cada régimen de velocidad y así poder lograr que en todo el rango de trabajo del motor, las presiones máximas del ciclo se produzcan en el instante adecuado a la posición del pistón una vez comenzada la inflamación. Este tiempo de anticipación al punto muerto superior en que se comienza la inyección se mide en grados de ángulo de giro del cigüeñal y se conoce cono ángulo de avance a la inyección. En un motor Diesel rápido puede estar para altas velocidades en el orden de los 30 a 40 grados. Nuestro sistema de inyección debe cumplir una primera condición: Condición 1: El sistema debe regular el comienzo de la inyección de acuerdo a la velocidad de rotación del motor. PULVERIZADO DEL COMBUSTIBLE Para que el proceso de evaporación, mezclado e inflamación del combustible sea lo mas eficiente, estable y corto posible, este debe ser inyectado en la cámara de combustión como uno o mas aerosoles con partículas sumamente finas, a alta velocidad y bien dirigidas para que lleguen a todas partes de la cámara de combustión, con independencia de la velocidad de giro del motor. De esta forma se produce un mejor mezclado y un contacto íntimo con todo el aire caliente para aprovechar su calor en la evaporación y preparación de la mezcla del aire y el
combustible tanto antes del comienzo de la inflamación, como después, durante el proceso de quemado en todo el rango de trabajo. El comienzo y fin de la inyección (formación del aerosol) deben ser abruptos, veamos: Las primeras gotas que salen del aerosol ya deben estar sumamente pulverizadas. Si esta condición no se cumple, y se producen al inicio, gotas grandes de combustible, estas demoran en evaporarse, y como el combustible se inyecta de manera continua, cuando se produzca el encendido se habrá acumulado muchos combustibles dentro del cilindro lo que produce una inflamación masiva de excesivo combustible con el consecuente incremento violento de la presión. Este incremento violento de la presión además de afectar las piezas del mecanismo pistón-biela-manivela reduce notablemente la eficiencia del motor. Si el sistema de inyección interrumpe el aerosol de manera gradual, las últimas gotas producidas se han atomizado a baja presión y ya no son pequeñas, el proceso de evaporación se hace lento y el quemado de este combustible puede realizarse muy tarde en la carrera de fuerza e incluso no quemarse del todo con la consecuente pérdida de potencia y rendimiento del motor. Condición 2: El sistema debe garantizar un aerosol de partículas de combustible muy finas, rápidas y bien distribuidas con un comienzo y fin abruptos. DOSIFICACIÓN DEL COMBUSTIBLE Los motores Diesel al igual que cualquier otro motor funcionan en el automóvil en un rango amplio de entrega de potencia y velocidad de rotación, esta potencia se obtiene a expensas del combustible por lo que a más potencia más combustible. Esta potencia entregada por el motor se hace a voluntad del conductor oprimiendo más o menos el pedal de acelerador de acuerdo a la necesidad del camino. En el motor Diesel convencional, el conducto de entrada de aire al motor es siempre el mismo, sin nada que interfiera el libre paso del aire a no ser las propias pérdidas por rozamiento del conducto, de esta manera el cilindro del motor se llena siempre completamente de aire por lo que la entrega de potencia dependerá solo de la cantidad de combustible que se inyecte. Durante el funcionamiento a las revoluciones de ralentí, solo hay que producir potencia para vencer las pérdidas internas del motor y las de los agregados acoplados (ventilador, generador etc.) durante este estado de trabajo la cantidad de combustible que se inyecta es un volumen muy pequeño, mientras que durante el trabajo a potencia máxima el volumen inyectado es muchas veces superior. De esta necesidad surge la tercera condición a cumplir: Condición 3: El sistema debe permitir cambiar continua y gradualmente la cantidad de combustible que se inyecta al cilindro. CARACTERÍSTICA DE INYECCIÓN El proceso de la inyección del volumen de combustible al cilindro comienza como ya hemos visto, algunos grados antes del punto muerto superior, como este proceso dura determinado tiempo y el cigüeñal está en constante giro, terminará algunos grados pasado el punto muerto superior y antes de acercarse al punto muerto inferior. La dinámica del mecanismo bielacigüeñal determina la forma en que debe crecer la presión dentro del cilindro para que el trabajo del motor tenga la máxima eficiencia, al mismo tiempo que las piezas no estén sometidas a cargas excesivas. Para adaptarse a los requerimientos óptimos del mecanismo biela-cigüeñal, la cantidad de combustible inyectado por unidad de tiempo durante el proceso de inyección debe cumplir ciertos requisitos. El comportamiento de la entrega de combustible al cilindro por unidad de tiempo se le llama característica de inyección.
En el gráfico de la derecha muestra la forma teórica óptima en que debe producirse la inyección. El eje vertical representa el volumen de combustible inyectado y el eje horizontal el ángulo de giro del cigüeñal. Pueden diferenciarse claramente dos zonas, nombradas como 1 y 2.En la zona 1comienza abruptamente la inyección de una pequeña cantidad de combustible por unidad de tiempo durante un breve lapso de giro del cigüeñal. Este combustible en pequeña cantidad se inyecta durante el tiempo de demora de la inflamación a fin de preparar e iniciar el encendido sin que se acumulen grandes cantidades de combustible dentro del cilindro, luego, cuando ya se ha producido la inflamación, y dentro de la cámara de combustión hay alta Temperatura y gases incandescentes que aceleran en mucho la velocidad de evaporacióninflamación del combustible, se aumenta al ritmo adecuado para su combustión gradual en la carrera de fuerza (zona 2). Finalmente y en el instante apropiado se interrumpe drásticamente la inyección. En los motores reales esta condición teórica no se alcanza, paro los fabricantes de motores tratan de hacer sus sistemas que cumplan lo mejor posible esta condición:
Condición 4: El ritmo de inyección de combustible al cilindro debe corresponder a cierto patrón óptimo. VELOCIDAD MÁXIMA En el motor de gasolina existe un estrechamiento del conducto de admisión, este estrechamiento supone unas elevadas pérdidas por rozamiento durante el llenado del cilindro, por esta condición la velocidad final de giro del motor se auto limita, ya que a medida que crece la velocidad de giro, crece también la velocidad de entrada del aire y por consiguiente las pérdidas por rozamiento. Finalmente y a altas velocidades de giro, la cantidad de aire que entra el cilindro es muy pobre y la potencia que se obtiene solo alcanza para vencer las pérdidas mecánicas del propio motor. El motor no puede acelerar más. En el motor Diesel, el conducto de admisión se construye para que sus pérdidas por rozamiento sean lo menor posible y así lograr siempre un llenado máximo del cilindro, de esta forma la velocidad máxima de giro del motor no se auto limita como en el caso del motor de gasolina. Como la velocidad de giro del motor Diesel no puede crecer indefinidamente debido a que dentro del motor se producen fuerzas crecientes con la velocidad, que ponen en peligro la integridad del motor, resulta imprescindible limitar la máxima velocidad de giro a un valor seguro. Esta regulación de la velocidad se consigue cortando la entrega de combustible. Condición 5: El sistema de inyección debe regular la velocidad de giro máxima del motor.
VELOCIDAD MÍNIMA A menos que se desee lo contrario, cuando se suelta el acelerador de un motor Diesel este debe mantenerse funcionando a baja velocidad constante de rotación (ralentí). Como la carga del motor a la velocidad de ralentí puede variar considerablemente en diferentes momentos de uso, por ejemplo; puede que esté o no esté accionando un compresor de aire acondicionado, o de refrigeración, o de los frenos de vehículo, o un sistema de accionamiento hidráulico etc. no basta con establecer una cantidad fija de combustible inyectado para que se mantenga girando a velocidad estable en ralentí. Si se hiciera así el motor se aceleraría cuando baja la carga o se detendría cuando sube, por esta razón el sistema debe cumplir otra condición: Condición 6: El sistema debe mantener fija la velocidad de rotación en ralentí con independencia de la carga del motor. ESQUEMA DEL SISTEMA Durante el desarrollo del motor Diesel, los fabricantes han elaborado diferentes sistemas mecánicos que cumplen con los requisitos de trabajo descritos anteriormente, uno de los más utilizados y del que nos ocuparemos aquí es el sistema Bosch. En la figura de la derecha se representa de manera esquemática un sistema Bosh de inyección. En él, una bomba capaz de dosificar y elevar la presión a los valores necesarios para la inyección y en el momento preciso del combustible, gira arrastrada por el motor a través de un acoplamiento, esta bomba es la bomba de inyección. Unos conductos de alta presión llevan el combustible hasta los inyectores, que son los encargados de producir el aerosol dentro del cilindro. Una pequeña bomba adosada a la bomba de inyección y accionada por esta, trasiega el combustible desde el depósito y la alimenta haciéndolo pasar por un juego de filtros. La capacidad de bombeo de esta bomba de trasiego es muy superior a las necesidades del motor, lo que sirve para incluir un regulador de presión que adecua y estabiliza la presión de alimentación a la bomba de inyección, desviando por el retorno el combustible en exceso. Este combustible en exceso sirve además para refrigerar la bomba de inyección. Un mecanismo especial encargado de regular el avance a la inyección se interpone entre el acoplamiento al motor y la bomba de inyección. Al final de la bomba y acoplado a ella, se encuentra el regulador de velocidad, este regulador incluye una palanca de accionamiento que se acopla al mecanismo del pedal del acelerador, desde donde el conductor puede aumentar y disminuir la potencia o velocidad de giro del motor. Cada uno de los elementos integrantes del sistema se ha tratado aparte para no hacer muy extensa esta página. Apriete sobre alguno de los componentes para obtener detalles de cada uno.
CONTAMINACION
La contaminación de los motores diesel es peligrosa, en especial en países como los nuestros en los cuales o no existen reglamentaciones, o donde no se hacen cumplir las mismas. La ausencia de normas al respecto, hace que los habitantes de las grandes ciudades respiremos sustancias nocivas, con alto contenido de veneno. Se puede afirmar entonces que gran parte de los contaminantes de los gases de escape, inhalados en una fuerte dosis son muy nocivos para la salud. Algunos de ellos provocan enfermedades graves en el sistema respiratorio y en la piel, mientras que otros en ciertas condiciones, pueden provocar la muerte a corto o largo plazo. El monóxido de carbono (CO) como sabemos es un tóxico violento, los hidrocarburos no quemados o evaporados, los óxidos de nitrógeno y los dióxidos de azufre atacan las vías respiratorias. En cuanto a las partículas de carbono, las mismas podrían ser cancerígenas. LA SOLUCION PARA EL MOTOR DIESEL
Con el objetivo de eliminar o reducir la contaminación de los motores, es que se crean las normas y las reglamentaciones, éstas obligan a que cada constructor deba trabajar para que sus motores sean menos contaminantes sin sacrificar el rendimiento. LA ELECTRONICA La regulación o el reglaje electrónico de las bombas inyectoras de gasoil, o el comando de los conjuntos inyectores bombas se torna cada día más importante sobre los vehículos Diesel en general. Estos dispositivos presentan las siguientes particularidades: · Los mismos disponen de una extensa gama de "programas", que permiten una adaptación del sistema de inyección a las normas vigentes en cada país, y a los distintos tipos de vehículos y aplicaciones. · Estos realizan el reglaje o la regulación de la inyección en función de criterios ya determinados. La optimización casi instantánea de las cantidades de gasoil o ACPM inyectado, en función del estado de carga del motor, contribuye a la disminución de las emisiones contaminantes tales como; los óxidos de nitrógeno; las partículas y los hidrocarburos no quemados. · La unidad de control electrónico o calculador, corazón del sistema, recibe las señales o pulsos eléctricos enviadas por las distintos "censores" o sondas; de temperatura de aire de admisión y del circuito de enfriamiento del motor; de la presión de sobrealimentación; de la velocidad del motor; de la posición o relación de caja de velocidades colocada; de la posición de la mariposa de aceleración; etc. Estos comandos electrónicos de inyección, evitan las variaciones demasiado importantes de los niveles de contaminación en función del funcionamiento. RECIRCULACION DE LOS GASES El reciclado de los gases de escape, debido a la reducción de la temperatura de combustión que produce, obtiene un efecto positivo sobre las emisiones de óxidos de nitrógeno. Como contrapartida podemos decir que una "relación" demasiado alta de recirculación, puede ser negativa respecto a la vida útil del motor, la cual puede verse disminuida por polución interna y desgaste. Para efectuar la recirculación de los gases, se utiliza una válvula EGR (Exhaust Gas Recirculation) que permite el reciclado de una parte de los gases, es decir del 30% como máximo, entre el colector de admisión y el múltiple de escape. Esta válvula es controlada por una unidad o central electrónica, en donde son memorizadas en forma permanente las características propias del motor, sin afectar el consumo de gasoil y la producción de hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno (NOx) pueden ser reducidos en un 40% en forma aproximada. ESQUEMA DEL SISTEMA DE RECIRCULACION DE LOS GASES DE ESCAPE EGR
1. Entrada de aire desde el exterior. 2. Filtro de aire. 3. Colector de admisión. 4. Colector de escape. 5. Válvula de recirculación EGR. 6. Conducto de recirculación de gases. ORIGENES DE LA CONTAMINACION Respecto a los análisis efectuados por diferentes empresas internacionales- sobre la atención a tener en cuenta, de la calidad del aire, las conclusiones son las siguientes. A pesar de lo publicado mundialmente, de las malas interpretaciones y de las negativas informaciones que tienden a lo espectacular, puede decirse que el nivel de contaminación viene disminuyendo desde hace 15 años y debe continuar regularmente en ese sentido. Por lógica esto no es válido para nuestro país, ni para otros que pertenecen al tercer mundo y que no poseen ningún tipo de control.
El origen de la polución radica en los vehículos más antiguos generalmente, y/o en los modelos más recientes con un mantenimiento mal efectuado. Esto puede significar un nivel de contaminación 10 veces más importante que el de un vehículo nuevo y en buen estado. En la actualidad, a través de las soluciones técnicas se logra una mayor reducción de la polución que a través de la química de desarrollo de un combustible. Respecto a los combustibles "BIO", se ha probado en flotas cautivas que los niveles de
concentración que variaron entre el 50 y el 10%- se decir por ejemplo con gasoil "normal" en un 50% y gasoil o ACPM "BIO" en un 50%, mostraron un gran potencial. Utilizados en gran porcentaje, la disminución de las emisiones de partículas es muy importante, lo mismo que en el caso de los NOx. Hay empresas petroleras, que decidieron aplicar esta técnica en su producción de gasoil o ACPM con concentraciones o proporciones del 5% variable, en función de las estaciones del año. FILTROS DE PARTICULAS El tratamiento posterior no se puede aplicar a los óxidos de nitrógeno NOx donde la destrucción es por ahora prácticamente imposible, teniendo en cuenta la presencia de oxígeno en los gases de escape de un motor Diesel. Para reducir los NOx emitidos la única solución por el momento está en el uso de dispositivos de recirculación de los gases de escape, y de reglajes, que pueden llegar a aumentar las emisiones de partículas de carbono. Esquema de la ubicación del filtro "atrapa partículas" en un motor Diesel-turbo de inyección directa "Common Rail" HDI.- PSA. El filtro "trampa" de partículas de carbono del tipo cerámico es utilizado en motores de ciclo Diesel. Este filtro cuando se acumulan las partículas de carbono, las consume a través de un postquemado periódico. Es sobre los sistemas de "post-tratamiento" que varios productores industriales concentraron sus esfuerzos para reducir las emisiones de partículas. Distintos tipos de filtros -en especial los filtros de cerámica idénticos de aquellos que poseen los catalizadores de 3 vías usados por los vehículos a gasolina- fueron desarrollados por dos fábricas de nivel mundial como la americana Corning y la japonesa NGK.
ALGUNA APLICACIONES DEL MOTOR DIESEL AUTOMOVILES
PLANTAS ELECTRICAS
MAQUINARIA AGRICOLA
CONSTRUCCION
CAMIONES
BARCOS
LOCOMOTORAS
1. – Concepto de motor: - Sistema material que transforma una determinada clase de energía (Hidráulica, Química, eléctrica, etc.) en energía mecánica. Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra fuente de energía. 2. – Antecedentes, Historia: - Los motores hidráulicos son los más antiguos conocidos (Herón de Alejandría, S. I a. J.C.), utilizaban como fuerza motriz la energía de una masa de agua que cae desde cierta altura, llamada salto. Esta energía se transforma en trabajo útil disponible en el eje de la máquina, que antaño era la rueda hidráulica, actualmente la turbina. El motor nace por la necesidad de trabajos que, bien por duración, intensidad, manejabilidad o mantenimiento, no puede ser realizado por animales. Cronología del motor:
1. Alrededor del 600 d. De J.C. aparecen los molinos de viento, que convierten la energía del viento en movimiento de máquinas.
1. En 1712 el inventor inglés Thomas Newcomen (1663-1729) construye una máquina de vapor con pistones y cilindros que resulta muy eficiente, - En 1770 el militar francés Nicolás-Joseph Cugnot (1725-1804) consigue amoldar su motor a vapor a su carreta. -1782. El ingeniero escocés James Watt (1736-1819) construye una máquina a vapor mucho más eficiente que la máquina de Newcomen. - El ingeniero franco-belga Etienne Lenoir (1822-1900) construye en 1859 un motor de combustión interna. - El alemán Nikolaus Otto (1832-1892) construye un motor de 4 tiempos en 1877. - Germán W. Daimler construye en 1883 un motor de combustión interna muy veloz. - El ingeniero inglés Charles Parsons (1854-1931) diseña el primer generador electrónico de turbina a vapor. - 1892. El alemán Rudolf Diesel inventa un motor (llamado motor diesel posteriormente) que funciona con un combustible que se prende a gran presión. En la práctica el motor resulta ser mucho más eficiente que los motores de combustión interna existentes en aquel momento. - 1903. Los hermanos Orville (1871-1948) y Wilbur (1867-1912) realizan el primer vuelo con motor con su Kitty Hawk que usa un motor de combustión interna. - El ingeniero británico Frank Whittle (1907) construye en 1937 el primer motor a reacción que funciona. - Hans von Ohain, ingeniero alemán, construye y pilota el Heinkel He 178 , primer avión con motor a reacción. En 1939. – 1970.Se utiliza el motor a reacción con turboventilador, el más frecuente hoy
en día en los aviones, sustituyendo a los antiguos motores 4 tiempos con hélices. 3. – Clases de motores:
Existe una gran variedad de motores distintos, con una finalidad distinta, para un tipo específico de vehículo, para un determinado uso, unos más caros, más ecológicos, etc. Estos son los más importantes:
Combustión interna: Motor en que la energía suministrada por un combustible es transformada directamente en energía mecánica.
Explosión: transforma la energía obtenida por combustión de una mezcla gaseosa carburada, proveniente del carburador, en energía mecánica utilizada para propulsar un émbolo que actúa sobre una biela la cual mueve el cigüeñal y a través de transmisiones provoca el movimiento de las ruedas. De reacción o cohete: La acción mecánica se realiza mediante la expulsión de un flujo gaseoso a gran velocidad, que crea una gran cantidad de movimiento al ser expulsada por la parte posterior a una velocidad muy elevada. Eléctrico: Se dividen en tres categorías fundamentales: Asíncronos, Síncronos, y de colector. Los dos primeros funcionan solo con corriente alterna, monofásica, trifásica o polifásica, mientras que el tercer tipo se utiliza tanto con corriente alterna como continua. Térmico: Transforma la energía térmica en energía mecánica. Stirling: que obtiene potencia mecánica de la expansión de un gas encerrado a alta temperatura. Diesel: motor que aspira aire puro, sin mezcla de combustible. En el tiempo de compresión, el aire se comprime, con lo que alcanza una temperatura extraordinariamente alta. De arranque: Motor eléctrico adicional utilizado para efectuar la puesta en marcha del motor de explosión, mediante un sistema de acoplamiento de engranajes. Émbolo rotativo: trabaja con un ciclo de 4 tiempos que realiza en una rotación de émbolos, el cual presenta un perfil triangular de lados curvos, en una cavidad con forma de elipse. De émbolos libres: Tiene dos émbolos desprovistos de biela y que se mueven en un mismo cilindro, uno frente a otro, con movimientos alternativos opuestos, teniendo lugar la inyección de combustible en la parte central. De pólvora: Máquina en la que se prendía una carga de pólvora en el interior de un cilindro, para poder impulsar el pistón.
- Vapor: El vapor penetra por un cilindro, por debajo de un émbolo, y se condensa con un chorro de agua fría. Este proceso genera un vacío parcial, y la presión atmosférica que actúa por encima del émbolo lo hace bajar. - Hidráulico: utiliza como fuerza motriz la energía de una masa de agua que cae desde cierta altura llamada salto. - Eólico: Utiliza el empuje del viento con ayuda de máquinas llamadas aeromotores. 4. – Motor térmico:
Concepto: Transforma la energía térmica en energía mecánica. Los motores térmicos se basan en un ciclo termodinámico a que se halla sometido un fluido, en una de cuyas fases se produce un trabajo útil. Se clasifican en motores de combustión interna y motores de combustión externa, atendiendo a la localización de la combustión o generación del calor. También pueden clasificarse en rotativos, alternativos o de reacción según sea el movimiento primario que producen. Existen muchas variedades de motor térmico, las cuales se diferencian las unas de las otras por el combustible que utilizan, con lo cual varían los mecanismos interiores del motor. Pueden utilizar Gasolina ( explosión), Gasóleo (Diesel ), Queroseno (reacción), etc. 5. – Motor de explosión: - Concepto: transforma la energía obtenida por combustión de una mezcla gaseosa carburada, proveniente del carburador, en energía mecánica utilizada para propulsar un émbolo que actúa sobre una biela, la cual mueve el cigüeñal y a través de transmisiones provoca el movimiento de las ruedas. - Funcionamiento: Gasolina y aire forman una mezcla peligrosa. La más leve chispa basta para que se inflame en un instante y así funciona un motor. Los pistones de los cilindros se encargan de comprimir la mezcla, facilitando la ignición, provocada por la chispa eléctrica emitida por la bujía. Estalla en llamas con tal velocidad y violencia que hace descender el pistón por el cilindro. Este movimiento determina el giro del cigüeñal y da su fuerza al motor. En casi todos los motores de coches esta explosión tiene lugar en uno de los cuatro movimientos del pistón, por lo que se le denomina Motor de cuatro tiempos. Los cuatro tiempos del motor son así:
1º. – Admisión: la válvula de entrada se abre. El pistón desciende por el cilindro dejando entrar una mezcla de combustible y aire previamente mezclada en el carburador y que se llama carga. 2º. – Compresión: la válvula de entrada se cierra de un golpe, y el pistón sube comprimiendo la carga en un pequeño espacio, en la parte superior del cilindro. 3º- Explosión: La chispa emitida por la bujía incendia la carga a presión. Los gases en expansión empujan el pistón hacia arriba. El pistón mueve el cigüeñal. 4º- Escape: la válvula de salida se abre. Los gases, a gran temperatura salen expulsados empujados por el pistón. El ciclo empieza de nuevo. - Partes del motor: Al desmontar un motor se advierte que es realmente sencillo. Hay pistones en forma de tambor que suben y bajan, empujando y tirando de bielas de acero
para hacer girar el cigüeñal de línea zigzagueante, impulsor de las ruedas; válvulas atrompetadas que vierten combustible en los cilindros y se llevan los gases de desecho; el sólido bloque del motor y la culata. Más, aunque simples, estas piezas han de ser muy duras para soportar el calor y la tensión. Dentro de los cilindros se alcanzan 1700º C (temperatura muy cercana a la temperatura de la lava fundida) y los pistones han de resistir presiones de hasta 15 toneladas y tener un buen acabado para que el motor funcione de un modo regular. Estas son las partes fundamentales de un motor:
- Cilindro: Es el espacio donde la carga se presiona y explota comprimida por el pistón. De su capacidad de pende en gran parte la potencia del motor. - Pistón: Está situado dentro del cilindro y es el encargado de presionar y expulsar la carga para que esta cumpla su cometido. Aguantan hasta 15 T de presión. - Biela: Es la unión entre el pistón y el cigüeñal. Junto con el pistón se desplazan por el cilindro hasta 6000 veces por minuto a unos 500 Km/h o más. - Válvula de salida: Es la compuerta por donde salen los gases resultantes al tubo de escape. - Válvula de entrada: por esta compuerta entra el combustible proveniente del
carburador. Cuantas más válvulas, mas combustible, con lo que aumenta la potencia y el consumo. – Escape:
Por aquí son conducidos los gases al silenciador del tubo de escape, los cuales pasan por un catalizador que disminuye los efectos negativos en el Medio Ambiente – Conducto del carburador: El carburador mezcla la gasolina con el aire
(carga) y por aquí pasa al cilindro pasando por la válvula de entrada.
- Cigüeñal: eje que convierte el movimiento de subida y bajada de los pistones en movimiento rotatorio. - Bujía: Inflama el combustible que hace descender el pistón por cilindro. Para que funcione bien un motor, la chispa debe llegar en el momento oportuno al cilindro, antes se quema de forma desigual, mas tarde se pierde potencia. - Volante: Pesado volante fijado al cigüeñal para coordinar el movimiento de los cilindros individuales. 6. – Características del motor: Los motores de explosión han cambiado mucho desde aquel primer Mercedes-Benz de hace casi un siglo o el Ford-T, primer coche producido en serie. Antaño los motores
tenían uno o dos cilindros enormes y lentos, en lugar de los pequeños y rápidos que se usan ahora. Los modernos motores automovilísticos son compactos, muy revolucionados y potentes. La media alcanza 6.000 revoluciones por minuto y suelen tener 4 cilindros de unos 500 cc, que obtienen una potencia 40 veces superior a los Mercedes-Benz mencionados antes (el Benz de 1898 tenía un solo cilindro de 1.2 litros que lograba 1.200 r.p.m. con un funcionamiento muy irregular).
La disposición de los cilindros más común hoy en día es: - Cuatro Horizontales: Los cilindros están dispuestos en dos filas. El motor es ancho, pero el aire fresco llega a los cilindros tan fácilmente que no siempre se requiere la refrigeración por agua. - Seis en línea: Estos motores son muy largos y costosos, pero resultan muy regulares y potentes y se emplean especialmente en coches grandes y caros. Los motores grandes y rectos son demasiado largos y altos para encajar en los estilizados deportivos. Por eso muchos deportivos tienen motores en donde los cilindros se entrelazan formando una “V” y un cigüeñal más corto y rígido. – Seis en “V”:
Estas son las más comunes, pero hay más variantes como el V8 que es el mismo fin que el V6, pero con 2 cilindros más y por consiguiente, mas potencia, o los V10, o V12, que son para coches en el límite entre la carretera y los circuitos, solo usados por marcas tan importantes como Ferrari, Lamborghini o Porsche. En competición se suelen usar motores de 12 en “V” o en línea
ayudada de turbocompresores y una gran cilindrada, lo que da una gran potencia a dichos motores. Otra forma de aumentar la potencia del motor es con SuperCargadores y TurboCargadores, los cuales aumentan la fuerza de la explosión en la fase de Power Stroke. Son bombas que inyectan la mezcla de gasolina y aire en los cilindros. La Postcombustión, otro dispositivo, inyecta combustible extra en el escape a reacción y dan al motor un impulso añadido, casi como un cohete. Los aviones a reacción utilizan la Postcombustión para despegar o para maniobras muy rápidas o repentinas. Consumen mucho más combustible y hacen mucho ruido. 7. - Efectos del motor de explosión sobre el medio ambiente. Medidas correctoras: El Dióxido de Carbono y demás partículas nocivas emitidas por los tubos de escape de los vehículos con motor de combustión contribuyen en gran manera, al ser tan elevado su número. Contribuye al Efecto Invernadero, a la Lluvia Ácida y la capa de Ozono (esta en muy poca medida):
Efecto Invernadero: La quema de combustibles fósiles aumenta la cantidad de Dióxido de Carbono en la atmósfera, que atrapa calor extra. Si continua así subirá la temperatura de la Tierra ocasionando muchos problemas. - Lluvia Ácida: Causada principalmente por el nitrógeno despedido por los tubos de escape. Cuando esta contaminación se mezcla con el vapor de agua y el oxígeno de la atmósfera, se producen ácido nítrico y sulfúrico. Esta mezcla cae con la lluvia incrementando la acidez de lagos, ríos y sustrato en general, incluyendo plantas y animales. Aunque los vehículos tienen obligación de tener catalizadores en la salida del silenciador en el tubo de escape, esta medida no es suficiente. En el año 2000 se quitará del mercado la gasolina “súper ” y pasará a ser la “Sin Plomo” la única disponible para vehículos con motor de explosión. La gasolina “Sin Plomo” aporta menos energía al no producir la misma intensidad de la
explosión dentro del motor, pero es más ecológica y menos contaminante. Tendremos que realizar pequeñas modificaciones en el motor para adaptarlo. 7. Soluciones alternativas al motor de térmico: Hay diversas soluciones alternativas que o bien modifican al motor, o bien no es un motor térmico, sino uno eléctrico, solar, eólico, etc. En este final de siglo se plantean nuevos retos al automóvil: por un lado se intenta mantener el nivel de prestaciones conseguidas hasta ahora (Comodidad, velocidad, autonomía…), y por otro se tr ata de reducir al máximo
el consumo de energía, y la contaminación ocasionada por la emisión de gases. El coche eléctrico es, en este sentido, una clara alternativa. Se están creando prototipos de vehículos impulsados por motores eléctricos. Una alternativa es el motor con partes de cerámica en lugar de aleaciones. El motor cerámico dura 10 veces más porque el desgaste es prácticamente nulo. No necesita refrigeración ni lubrificación del motor porque es capaz de trabajar a más altas temperaturas sin fugas de calor. Aprovecha mucho mejor la energía porque la combustión es perfecta, produciendo mejores prestaciones con menos consumo y sin emitir gases contaminantes como el monóxido de carbono. La razón de que no se utilice salvo en los prototipos es que la cerámica es muy frágil y puede romperse con un pequeño golpe, pero se está buscando soluciones para este problema. Otro tipo de automóvil es el denominado coche híbrido, representado por el prototipo Opel Twin, que funciona con motor eléctrico en la ciudad y de combustión en carretera, donde es necesaria mayor autonomía. Es un vehículo con un motor de “quita y pon”. También hay que tener en cuenta al Sol, la energía más abundante y menos contaminante de que disponemos en nuestro planeta. Se han diseñado ya cientos de modelos de coches que se mueven mediante la electricidad
