El motor de encendido por compresion diesel
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El motor de encendido por compresion diesel


 
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EL MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN (DIESEL)
CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR
Aun sin pretender hacer mención a los orígenes y evolución del motor Diesel, no podemos evitar la cita histórica de un año 1897, y de un personaje, Rodolphe Diesel, que corresponden al año en que este parisino de nacimiento y alemán de formación, obtuvo los primeros resultados prácticos con un motor de combustión interna que usaba el gasoil como combustible. Desde que en los años treinta Mercedes equipo con ellos una pequeña serie de automóviles de turismo (el 260D), este tipo de motores no ha cejado en su empeño de desmitificar la creencia de que el gasoil era un combustible de clase inferior; un primer desmentido lo constituye el hecho de que un moderno motor Diesel es más sensible a la mala calidad del combustible que uno de explosión lo pueda ser a la gasolina.

Este tipo de motor de combustión interna (endotérmico) se encuentra en el grupo de
los motores alternativos, constituyendo su principal diferencia el sistema de alimentación y la forma en que se realiza la combustión. Los elementos constitutivos del motor son muy similares a los de un motor de explosión aunque existen algunas diferencias constructivas muy específicas con el fin de dotar de mayor robustez todas aquellas partes del motor que soportan unas presiones de trabajo mucho más elevadas. Así pues, la principal característica de un motor Diesel es la que motivó su creación y desarrollo: la obtención de un mayor rendimiento al del motor de gasolina, empleando para ello un combustible más pesado y una relación volumétrica de compresión mucho más elevada (entre 8:1 y 10:1 para gasolina y 14:1 y 23:1 para los modernos Diesel). En el motor Diesel, estas compresiones las posibilita el hecho de aspirar y comprimir únicamente aire, en lugar de una mezcla, que estallaría antes de llegar al final de la fase de compresión.

Como ya se ha apuntado, en el interior del cilindro comprimimos pues solamente aire. La relación volumétrica al final de la fase de compresión ha hecho que la presión de este aire comprimido sea ahora de entre 30 a 50 kg/cm2 y la temperatura haya rebasado los 600 ºC. En estas condiciones, debemos atender otra de las características del motor, o mejor dicho, del combustible que emplea, ya que el gasoil se inflama, se enciende espontáneamente, a una temperatura de 280 ºC.

Si sumamos a todo lo anterior el hecho de contar con un sistema que nos introduzca a presión (inyección) el combustible a una elevada presión (de entre 100 y 250 kg/cm2) en el seno de este aire comprimido, el combustible líquido penetrará en él en forma de chorro finamente pulverizado que se evaporará rápidamente al absorber calor de las elevadas temperaturas existentes en la cámara de combustión, se mezclará homogéneamente con el aire y combinándose con el oxígeno combustionará
espontáneamente a medida que vaya entrando en el interior de la cámara de combustión. Se adivina ya desde aquí la necesidad de contar con un sistema capaz de crear las elevadas presiones de inyección, de dosificar y pulverizar el combustible y que este combustible esté exento de cualquier impureza que fuera susceptible de entorpecer el ajustado funcionamiento del sistema de inyección donde las tolerancias son de hasta 40 veces menores que el diámetro de un cabello humano y donde para un motor de 4 cilindros la cadencia de inyección puede llegar a ser de hasta 150 veces por segundo.

Todo este complejo sistema se analizará en profundidad en un capítulo más adelante. Hemos dicho ya que las diferencias constructivas son muy específicas, por lo que analizaremos las diferencias más notables, estableciéndolas entre ventajas e inconvenientes comparados con el motor de gasolina.

LA COMBUSTIÓN
En este apartado analizaremos la forma en que se realiza la combustión en los motores Diesel así como su clasificación. Ante todo hacer notar que, teóricamente, en el ciclo OTTO la combustión se realiza a volumen constante y que en el Diesel, dicha combustión se realiza a presión constante. A la fusión de ambos ciclos se le llama ciclo mixto, es decir aquel en que la combustión se realiza a volumen y presión constante y es el que utilizan los modernos motores Diesel. Atendiendo pues a los diferentes sistemas de inyección y por tanto de formas de combustión, podemos clasificar los motores Diesel. Existen básicamente dos sistemas de inyección del combustible para su combustión aunque existen multitud de variantes: motores de inyección directa y de inyección indirecta. Los motores de inyección indirecta podríamos clasificarlos a su vez en motores con cámaras de precombustión o antecámaras y motores con cámara de turbulencia.

En los sistemas de inyección directa, el combustible es inyectado directamente en la cámara de combustión (situada por lo general en el pistón) por un inyector de múltiples orificios. Para los sistemas de inyección indirecta, se hace precisa una precámara donde se inyecta el combustible y en la cual da inicio la combustión aunque no puede realizarse totalmente por falta de aire. Generalmente el inyector es de un solo orificio encarado con el conducto estrecho que une la antecámara y la cámara principal de combustión que es donde termina de realizarse el total de la combustión y que puede hallarse o no totalmente en el cilindro.

Aplicacion
En 1972, con la fabricación de la primera bomba de inyección Diesel en línea, Bosch comenzó la fabricación y universalización de los sistemas de inyección Diesel. Con la aparición de nuevas exigencias tanto por las autoridades en materia de anticontaminación, como por parte de la demanda de los usuarios, se fueron desarrollando nuevos sistemas de inyección. El sistema de inyección por conducto común, raíl común o Common Rail, ofrece una gran flexibilidad y una mayor respuesta ante estos nuevos retos. Las principales ventajas que se obtienen en este sistema en comparación con los existentes son las siguientes:
Un campo de aplicación amplio, desde pequeños turismos hasta motores de barcos.
Una alta presión de inyección, hasta 1400 bar, lo que consigue una pulverización del
combustible en la cámara de compresión excelente.
Principio de inyección completamente variable gestionada electrónicamente.
Facilita la gestión de una inyección previa, inyección principal y post inyección.
Posibilidad de adaptar la presión de inyección al servicio del motor.
Al ser un sistema electrónico es posible la comunicación con el resto de unidades de mando, como la unidad de frenos, cambio automático, etc..

Funcionamiento
En los sistemas de inyección por conducto común nos encontramos por separado la generación de la propia alta presión y la inyección propiamente dicha. Para generar la alta presión utilizaremos una bomba de alta presión, independientemente del régimen y carga del motor, así como del caudal necesario. El combustible es acumulado en el interior de un conducto de alta presión, común a todos los inyectores. Una gestión electrónica es la encargada de controlar, a través de campos característicos programados en la unidad de mando, la duración de la inyección, la presión y el momento de la misma. Para ello utiliza una válvula electromagnética en cada uno de los inyectores. La propia gestión electrónica está compuesta por una serie de sensores, actuadores y un sistema microprocesador, encargada de realizar los cálculos necesarios, abarcando así:
Una unidad de control microprocesador.
Sensor de revoluciones y posición angular del cigüeñal.
Sensor de posición del árbol de levas.
Sensor de posición del pedal de acelerador.
Sensor de presión de sobrealimentación.
Sensor de presión del Raíl.
Sensor de temperatura del líquido refrigerante y del aire.
Sensor de cantidad de aire admitido.
Inyectores de alta presión.
Regulador de presión de aire.
Regulador de presión del Raíl.

La unidad de control es la encargada de conocer en todo momento el funcionamiento
del motor. Gracias al sensor de posición del pedal de acelerador es capaz de interpretar los deseos del conductor. La unidad de mando del motor compara el funcionamiento actual del motor con el deseo del conductor y, si es necesario, interviene en la gestión de los inyectores para poder así responder a la solicitud de par exigida. El sensor de revoluciones y posición angular del cigüeñal es utilizado, junto al sensor del árbol de levas para conocer la posición y momento del motor. El medidor de masa de aire informa a la unidad de mando del motor sobre la cantidad de aire aspirado, para poder adaptar la combustión a los límites exigidos por las normas anticontaminación. Si el motor es sobrealimentado la unidad de control utiliza un bucle de control entre el sensor de presión de sobrealimentación y el regulador de presión, de manera que pueda optimizar tanto la respuesta a la solicitud del par motor por parte del conductor como el cumplimiento de normativas de gases de escape. En función de la información del sensor de temperatura de motor, la unidad de control también determina el momento de inyección y factores correctivos sobre el tiempo de inyección, así como otros parámetros como la inyección previa, la post inyección o incluso el tiempo necesario de pre y post calentamiento, con la intención de evitar la emisión de contaminantes y ruidos de combustión. Además en función del tipo de vehículo encontramos conectados diversos sensores adicionales, intercambio de datos con el resto de unidades de mando, etc... con la intención de mejorar el confort de marcha, así como la seguridad. Pueden ser aquí englobadas las funciones de recirculación de gases de escape, el bloqueo antiarranque, le regulación de velocidad de marcha, sistemas antipatinamiento, etc.

Alimentación de combustible
En los sistemas de inyección common rail podemos destacar dos zonas, la zona de baja y la zona de alta presión. La zona de baja presión está compuesta por una bomba de pre elevación de combustible y, en caso de un motor de gran cilindrada y alto número de cilindros, por una bomba de aspiración por engranajes. La zona de alta presión la componen la bomba de alta presión, con sus elementos reguladores y sensores electrónicos, los conductos de alta presión, o Rail, y los inyectores.

El funcionamiento del sistema es el siguiente:
Una vez conectado el encendido la bomba eléctrica de alimentación genera la presión suficiente para elevar el combustible desde el depósito hasta la bomba de engranajes, en caso de equipar.
Al arrancar el motor la bomba de aspiración alimenta la bomba de alta presión de combustible.
La bomba de alta presión genera la presión solicitada y regulada por la unidad de mando, gracias a los sensores y actuadores ubicados sobre la misma. Una vez generada la presión, ésta queda regulada en la rampa o Rail, dónde es dispuesta sobre los inyectores.
Los inyectores electromagnéticos son alimentados por la unidad de mando del motor, en dependencia del caudal dictaminado por la misma, así como el momento de
inyección.
Las ventajas de aplicar un sistema de este tipo de inyección pueden enumerarse como:
Independencia de la presión de inyección con respecto al régimen de giro del motor.
Presión de inyección completamente variable en todo el espectro posible, completamente adaptable por la unidad de mando.
Posibilidad de realizar pre inyección, inyección y post inyección.
Adaptación a las exigentes normas anticontaminación existentes.
Baja presión La zona de baja presión comienza con la actuación de la electro bomba de pre elevación. Consiste en una bomba eléctrica de rodillos que se encuentra por lo general muy cerca del depósito de combustible. Al poner el contacto el relé de bomba se encarga de accionarla, generando una presión previa de 3 bar. Si el motor no es arrancado, la unidad de mando ordena al relé la desconexión de la bomba. Una vez arrancado el motor la electrobomba es desconectada, en caso de incorporar bomba mecánica de aspiración. Con la actuación de esta electrobomba se eliminan los problemas ocasionados por la dificultad de aspiración en caso de baja temperatura del combustible.

En vehículos de gran cilindrada y gran número de cilindros se emplea, además de la electrobomba previa, una bomba de aspiración por medio de engranajes. Esta bomba entra en funcionamiento al poner el motor en marcha, pues su movimiento es completamente mecánico, aspirando el combustible a través de un dispositivo bypass, eludiendo así la acción de la electrobomba. Alta presión La misión de la bomba de alta presión es la de generar la presión suficiente en todas las situaciones de carga del motor. Para el montaje de la bomba de alta presión se utiliza normalmente la ubicación de las bombas tradicionales anteriores. La impulsión de la bomba es encargada al cigüeñal por medio de la correa dentada de distribución.

Se emplea una bomba de émbolos con estrangulador de la zona de aspiración. La generación de la alta presión del combustible se realiza por medio de tres émbolos decalados entre sí 120 grados, con una absorción máxima de potencia del motor de 3,6 Kw. a un rendimiento de bomba máximo. El rendimiento del sistema comparado con las bombas tradicionales es altamente beneficioso.

Funcionamiento Bomba de alta presión
Analizaremos el funcionamiento interno de la bomba a través de uno de sus émbolos. El eje de la bomba obliga, al girar, a realizar un movimiento senoidal en forma de ascenso y descenso de los émbolos de bomba. La bomba de combustible impulsa el combustible a presión hacia la zona de admisión. En el momento de descenso del émbolo de bomba, el caudal impulsado por la bomba previa es admitido en la zona de compresión. Una vez sobrepasa el émbolo el punto muerto inferior, la válvula de admisión se cierra debido a la diferencia de presiones en ambos lados, impidiendo la salida de combustible por lo que solo puede ser comprimido superando la presión previa. Con el movimiento ascendente del émbolo se genera una presión que, en caso de superar la presión reinante en el raíl, logra vencer la acción de la válvula de salida introduciendo así el combustible en comunicación con el conducto repartidor. La bomba de alta presión es impulsada por la correa dentada de distribución con relaciones de desmultiplicación 1:2 y 2:3 respecto al cigüeñal. Al estar diseñada para grandes caudales de combustible existe un exceso de combustible a ralentí y en carga parcial, por lo que es necesaria la incorporación de un elemento electrónico de regulación de presión, de manera que el caudal sobrante retorne al depósito. Existen incluso sistemas que desconectan uno de los émbolos.

Uno de ellos, el más habitual, obliga a la válvula de admisión de uno de los émbolos de bomba a permanecer abierta, por lo que la compresión en el émbolo es nula.

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